基于绳驱动的多段柔性连续体机械臂的运动学与实验研究

经自然腔道手术机器人要求具有良好的灵巧性,但灵巧性的提高会产生运动学模型复杂且难以建模的问题。针对绳驱动的多段柔性连续体机械臂进行了运动学分析和实验研究。首先,以双段柔性连续体机械臂为原型,基于分段常曲率和神经网络的方法,建立了任务空间和驱动空间的正逆运动学映射模型。以任务空间变量连续体机械臂末端位置为神经网络的输入量,驱动空间变量驱动绳的拉伸量为神经网络的输出量,拟合出了连续体机械臂末端位置和驱动绳拉伸量的映射关系。最后,进行了连续体机械臂的弯曲运动和轨迹跟踪实验。实验结果表明：双段连续体机械臂弯曲角度可达180°,验证了连续体机械臂具有大角度弯曲能力;在连续体机械臂末端的圆轨迹跟踪实验中,连续体机械臂的末端在x轴、y轴、z轴方向的平均绝对位置误差为1.743、1.334和1.172 mm,验证了连续体机械臂的运动学模型的有效性。     

柔性机械臂动力学的模态综合法

运用模态综合方法,导出柔性机械臂系统的动力学方程,并指出这种方法的优点,对单臂模型的数值计算结果验证了本文的方法。     

柔性多体机械臂动力学仿真

本文介绍基于Ｊｏｕｒｄａｉｎ变分原理的柔性多体机械臂动力学方程的单向递推组集方法，并根据该方法开发了柔性多体系统动力学仿真软件ＦＭＳ，文末对空间四连杆机械臂机器人操作手进行了动力学仿真．     

绳驱动仿生软体机械臂结构设计与弯曲特性仿真

提出了一种基于绳驱动的波纹状软体仿生机械臂,机械臂本体由软体硅胶制成,具有高灵活性、较好的环境适应性及人机交互安全性等特点.该机构通过利用柔顺机构学原理将软体机械臂设计为波纹状,既优化了机械臂受到绳驱动时的弯曲特性,又兼具圆柱型软体机械臂的承载性能.相比传统的刚性机械臂,软体机械臂没有任何刚性关节,因此引入了分段恒曲率假设对其定义,结合软体机械臂特点利用有限元分析软件进行仿真分析,验证了其在驱动绳不同长度变化量下的弯曲特性及受力情况.     

柔性机械臂的建模方法

本文利用Hamiliton原理建立了单杆柔性机械臂的动力学模型,并用有限元——假设模态法对其进行了离散化。最终,建立了可供上机计算的运动微分方程。本方法可推广到多柔性杆系统。     

柔性机械臂动力学建模与控制方法研究进展

柔性机械臂具有质量轻、惯性小、能耗低等优点,随着机器人技术的发展,针对柔性机械臂的精确建模和有效控制成为国内外学者的重要研究课题。从柔性机械臂动力学建模和动力学控制方法两方面,介绍了近十年国内外学者的研究现状和最新技术的发展,在此基础上对各种方法的优缺点进行分析和比较,并对今后的发展进行了展望。     

柔性机械臂运动轨迹规划模板函数的比较研究

末端加速度曲线中含有的高频成分会激励起柔性机械臂逆动力学的病态行为,由此限制了末端最小运动时间轨迹跟踪控制的实现,本文对轨迹规划的模板函数进行了比较研究,以揭示不同模板函数生成的末端运动轨迹对运动学及动力学关键参量的内在影响.     

柔性机械臂的广义确定性动力学模型

基于凯恩方程，考虑柔性体变形的几何非线性，对动力学模型的非线性项保留至适当阶段进行线性化；同时，考虑几何和物理参数的随机特性，提出计及动力刚化的视觉控制柔性臂广义确定性动力学模型，并采用蒙特卡罗方法，对其进行了仿真分析，仿真结果说明了理论方法的正确性和有效性。     

带载柔性机械臂固有频率确定及其减振器设计

给出了计算带载柔性机械臂固有频率的振型简化法公式，并将其动用于带载柔性机械臂的减振器设计，以及安装减振器后复合系统的固有频率估算，并通过实际柔性臂的计算，与模型简化法和Ｄｕｎｋｅｒｌｅｙ法进行了比较。     

柔性机械臂控制方法的研究

针对柔性机械臂的控制难点,在纵观柔性机械臂控制现状的基础上,提出了利用广义预测控制方法对柔性机械臂进行控制。实验结果表明,广义预测控制方法对柔性机械臂的控制是有效的。为柔性机械臂的进一步研究提供了理论指导及重要的前提条件。     

电机传动的谐振式机械手

本文阐述了电机传动的机械手的研究方法,建立了机械手模型;在机械系统中引入了弹性元件及反馈控制系统,并在考虑机械系统和传动电机相互影响的基础上研究了机械手的动力学问题。     

柔性机械手的动力学方程

采用规范理论和旋量矩阵相结合的方法，确定刚体运动与弹性变形的耦全关系，给出的系统普遍动力学方程同样适用于树形柔性多体系统，该方程不仅简明，系统性强，而且计算简便。     

漂浮弹性空间机械臂系统动力学问题

指出了结构弹性变形、载体浮动引起的系统非完整力学特性是空间机构臂正逆动力学研究的主要困难,综述了弹性空间机构臂系统动力学研究状况,展望了该领域域的未来发展。     

柔性机械手关节角位置的控翻

介绍一种柔性机械手关节角位置控制的方法．通过利用角位置和速度传感器检测的信息，实现对双连杆柔性机械手的控制，最后给出了实验结果．     

单连杆弹性手臂模型及其控制

本文介绍了单连杆弹性手臂的模型及控制方法，通过系统辨识得到系统模型，在此基础上进行控制，可使单连杆弹性手臂起，制动阶段弹性连杆的振动得到有效的抑制。     

漂浮载体弹性机械臂动力学控制

导出了漂浮载体弹性机械臂系统约束方程和动力学方程，利用逐次近似法讨论了机械臂结构弹性和负载位姿的影响，提出消除弹性影响的控制方法，并通过算例加以说明。     

柔性机器人操作臂的动力学建模

对于有两个柔性杆的操作臂，用基于空间次变换和有限元的方法，推演出拉氏动力学闭式显方程，在推演中，提出一些技巧以改变某些表达式的形式，进而将操作臂的动能表示 似于刚性臂的动能形式，这样使后续推演可借用关于刚性臂的推演技巧和结果，最后以两均质刚杆操作臂为例，说明了所推得的方程的使用与正确性。     

基于数据驱动的小型柔性翼飞行器控制研究

柔性翼在阵风干扰下的被动变形有助于降低其对飞行器运动的影响,设计采用柔性翼的小型飞行器被认为是解决小型飞行器易受阵风干扰问题极具潜力的方案.同时,翼面可卷曲的特性也使得该类飞行器满足单兵便携式武器装备易携带的要求.考虑一种无副翼柔性翼飞行器区别于常规飞行器布局的特点,为解决由飞行试验数据分析得出的全动平尾舵面出现非线性饱和问题以及同时利用平尾舵面控制滚转俯仰通道引起的耦合问题,设计了一种基于数据驱动的无模型自适应控制器方案.数值仿真结果证实了针对该型无副翼柔性翼飞行器的姿态控制,所设计的控制器较传统单通道PID控制器控制效果更好.      

变负载柔性机械臂复合学习控制

针对末端负载质量变化的柔性连杆机械臂运动轨迹跟踪控制问题,提出了一种结合径向基神经网络(RBFNN)和干扰观测器(DOB)的复合学习控制方法。利用RBFNN逼近连杆柔性引起的非线性不确定性,构造DOB实时估计包括负载变化、非线性摩擦、RBFNN逼近误差等效应的集中干扰,将两者用于控制器的前馈补偿设计以提升系统跟踪性能,同时设计鲁棒反馈控制律保证系统的稳定性。通过Lyapunov稳定性理论证明了所提控制方法可保证跟踪误差的有界性和闭环系统的稳定性。基于柔性机械臂平台的对比实验结果表明:所提控制方法在不同负载下可以保持跟踪精度在0.5%以内,负载变化引起的误差变化不超过2%;与仅使用神经网络的控制方法相比,跟踪性能提升了24.7%。