多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法研究

针对传统机械手腕关节控制方法稳定性低和灵活性差的弊端,提出一种新的多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法。介绍了多自由度机器人关节系统,按动力学系统组建机械手腕关节的动力学模型,采用拉格朗日方法获取动力学方程。介绍了PD手腕关节位置控制方法,在此基础上通过改进纯积分力控制方法实现多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制。分析了机械手腕关节混合位置/力矩控制过程,通过差动机构控制两个驱动器,使其完成机械手腕关节外展/内收和伸展/翘曲两个自由度,提高机械手腕控制灵活性。实验结果表明,所提方法控制精度和稳定性高,能够保证机械手腕关节的灵活性。     

基于神经网络逆系统方法的机器人柔顺性控制

提出了一种机器人柔顺性控制算法 ,在未知机器人精确数学模型的情况下 ,通过构建一个ANN二阶逆系统 ,并级联ANN与机械手 ,实现机器人位置系统的线性解耦 .在此基础上 ,针对已解耦位置系统 ,通过本文提出的基于目标阻抗的控制算法调节机器人手臂的阻抗 ,从而实现机器人的柔顺性控制 .还介绍了机器人柔顺性控制实验平台的建立与组成 .基于两杆操作手的实验结果证明该方法具有良好的解耦和位置跟踪性能 ,仿真结果表明本方法可实现有效的柔顺性控制 .     

基于神经网络逆系统方法的机器人柔顺性控制

提出了一种机器人柔顺性控制算法，在未知机器人精确数学模型的情况下，通过构建一个ANN二阶逆系统，并级联ANN与机械手，实现机器人位置系统的线性解耦．在此基础上，针对已解耦位置系统，通过本提出的基于目标阻抗的控制算法调节机器人手臂的阻抗，从而实现机器人的柔顺性控制．还介绍了机器人柔顺性控制实验平台的建立与组成．基于两杆操作手的实验结果证明该方法具有良好的解耦和位置跟踪性能，仿真结果表明本方法可实现有效的柔顺性控制．     

基于奇异摄动的宏—微机器人控制方法

物理上包含快过程和慢过程的系统可以用奇异摄动方法分析和控制,通过集中微机械手的小参数,提出了将宏－微机器人的动力学模型表示的为标准的奇异摄动模型的方法,这一方法对刚体连杆机械手具有一般性,基于奇异摄动方法设计了宏－微机器人控制器,宏机械手采用计算力短控制,微机械手采用非线性反馈控制,四自由度宏－微机器人的仿真研究证明了方法的有效性。     

基于动力学模型的工业机器人导纳控制研究

提出了一种基于动力学模型的导纳控制算法,用来实现机器人末端力和位置的柔顺控制,可以在速度模式下控制机器人运动,以保证无外力接触时的轨迹跟踪精度.首先,根据牛顿-欧拉法建立机器人动力学模型;然后,通过粒子群算法辨识动力学模型参数,得到完整的动力学模型;在此基础上,计算机器人末端位置误差和外力,利用设计的导纳控制器实现机器人的柔顺控制,用Matlab的Simulink仿真模块验证了基于动力学模型导纳控制的有效性和可靠性.仿真结果表明:机器人末端没有与环境接触时,具有较高的跟踪精度;与环境接触时,机器人末端会产生位置误差和外力,从而实现机器人的柔顺控制.     

基于串联弹性驱动器的并联柔顺手腕的设计

通过分析人体腕关节的组织结构和运动特性,设计了具有柔顺性的3SPS-1S并联机器人手腕机构.3条移动副支链作为驱动,在驱动支链中加入串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)来实现并联机器人手腕的柔顺性.建立了3SPS-1S并联机构的运动学逆解,推导雅可比矩阵,提出了确定SEA弹簧刚度的方法;基于位置补偿思想,实现柔顺手腕的位姿控制.通过实验验证了该机构对未知负载具有被动柔顺性,通过主动柔顺控制可以实现更高的主动柔顺性.     

基于位置控制的多自由度机械臂非线性比例-微分阻抗控制

机器人柔顺控制可以响应环境变化,但接触信息的延迟以及未知机器人系统的跟踪误差等问题均导致接触瞬间力矩超调严重。针对上述问题本文提出一种基于自适应位置控制的改进阻抗控制策略,实现快速、精确的位置跟踪,同时,提高力控制的响应速度和精度。本策略采用双环控制,外环在传统阻抗模型基础上引入非线性接触力微分项在保持系统稳定性的同时提高机器人对接触力变化的响应,有效降低接触力超调;内环为自适应滑模控制,并使用RBF神经网络逼近机器人动力学模型并补偿系统中不确定性扰动,提高了系统的鲁棒性,提高收敛速度并降低跟随误差。通过仿真与实验,验证了所提出的改进阻抗控制方法相比于传统的阻抗控制方法有更好的力控响应速度和位置跟踪精度,可有效解决机器人与环境接触瞬间的接触力超调问题。     

小摆角两轮机器人动力学建模及控制器设计

针对现有两轮机器人转弯速度较低问题,提出一种可轴向摆动的新型两轮机器人设计方法. 该方法使用连杆控制机构摆动来调整机构的重心分布,实现机器人在小转弯半径条件下稳定运动的目的. 基于拉格朗日方程方法,对机器人的小摆角自由度进行了动力学建模与分析,得到了系统动力学模型,并在此基础上设计了一种状态反馈控制器. 运用Matlab/Simulink进行控制器系统仿真,验证了控制器在机器人稳定控制方面的有效性. 结果表明,该两轮机器人机构设计思路及运动控制手段可有效提高系统运动稳定性.      

基于ADAMS与MATLAB的关节型机器人联合仿真研究

针对关节型机器人的动力学联合仿真问题,在ADAMS中建立机器人的三维模型,并进行运动学与动力学仿真。根据所得参数简化机器人模型,以2自由度机器人模型为依托,通过ADAMS/Control模块将机器人动力学模型与MATLAB/Simulink控制系统模型组合起来,建立联合仿真系统,实现机器人的位置控制。仿真结果表明,机器人模型具有较好的动态响应特性与轨迹跟踪能力。     

2自由度腕关节康复机器人的代理滑模控制方法

针对传统机器人控制方法未考虑运动过程安全性能的问题,采用了一种基于代理的滑模控制方法对气动肌肉驱动的穿戴式2自由度腕关节康复机器人进行位置控制.该方法结合滑模控制与PID控制的优点,既保证了位置控制的跟踪精度,又确保了运动过程的安全性.对康复机器人的轨迹跟踪实验表明:该方法可以取得很好的跟踪效果,并且对扰动的屈从性和系统的安全性有明显的提高.     

基于位置和力反馈控制的电动静液式主动悬架的仿真

 通过建立2自由度1/4车辆主动悬架模型和电动静液作动器模型,综合机器人柔顺性控制中阻抗控制的优点,分析其在液压式主动悬架的适用性,将位置反馈和力反馈控制应用于液压式主动悬架系统。设计了采用模糊控制的位置反馈控制器和力反馈线性控制器,并以阻抗控制跟踪车轮动载荷得到簧载质量位移修正量。利用Matlab/Simulink搭建B级路面和0.1 m凸起路面激励下的悬架系统模型。仿真结果表明,相对于被动悬架,其车身垂直加速度、悬架动挠度及车轮动载荷的均方根值均有所下降,该控制策略能较好地提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。     

微电驱微差机器人关节机构设计研究

文章介绍一种微型电驱微差机器人关节机构的工作原理和设计方法,具有结构简单、紧凑、 可靠、传动比大、结构尺寸小的特点,可用于微型竞赛机器人的关节和方向舵控制(包括线性控制)和 微型工业机械手多自由度协调驱动关节的控制,实现对平面或空间复杂曲线轨迹的仿真和跟踪。对用于 微型竞赛机器人或多关节微型工业机械手的研究具有较好的探讨和参考价值。     

基于时延估计和鲁棒H_∞控制的工业机器人跟踪控制

针对六自由度工业机器人系统,结合时延估计控制和鲁棒H∞控制的优点,提出了一种鲁棒H∞时延估计跟踪控制算法.该算法不需要机器人的复杂动力学模型,避免了机器人逆动力学的在线实时计算;采用时延估计在线获得机器人系统的未知动力学和外界干扰,并对控制过程加以补偿;通过引入L2增益控制,可实现对时延估计误差的L2干扰抑制,从而进一步提高了系统的鲁棒性.同时,利用Lyapunov函数和Riccati不等式保证了闭环系统的渐近稳定性和H∞鲁棒性能.该算法计算简单,结构固定,鲁棒性强,易于实现.文中还通过二自由度机器人的仿真实验证明了该算法是有效的.     

基于六关节机械臂的推拿按摩康复机器人运动学研究

目的 将RBT-6T/S03S型6自由度工业机器人用于中医推拿按摩康复机器人的执行机构。方法 通过机器人位置反解,得出影响机器人工作空间的关节转角表达式,给出工作空间的数学描述。利用机器人运动螺旋系的线性相关性建立机器人奇异位形的判别准则,得到机器人发生奇异的运动学条件和奇异位形曲面解析方程,以避免机器人在奇异位形及其附近作业。借助MATLAB软件,探索机器人位置工作空间边界和奇异位形的分布曲面,直观地表示机器人工作空间的形状和大小,以及奇异位形对工作空间的分割情况。结果 为了满足作业任务的包容性要求,针对机器人的结构特点,提出描述机器人位置工作空间的方法。为改善当前按摩设备手法单一,无法实现适宜不同对象的个性化康复理疗方案的缺陷,设计出多关节多指推拿按摩机械手。结论 通过研究机器人手腕和多关节多指的运动学,实现了适宜个性化按摩理疗所需的手法,并为影响按摩效果的运动学和动力学刺激量的控制提供了理论基础。     

双足机器人的滑模控制

作者利用牛顿 欧拉法建立了12自由度双足机器人的动力学模型,并建立了双足机器人的滑模控制模型·采用比较简单的李亚普诺夫函数对滑模控制的稳定性进行了分析,并利用滑模控制方法对双足机器人的12个关节自由度进行了加速度补偿控制·通过在各关节自由度上加入给定范围的随机误差来代替双足机器人结构参数、转动惯量及摩擦力等因素对各关节自由度运动所造成的误差·仿真实验结果显示双足机器人的各关节自由度的角位移和角速度的误差都比较小,达到了预期的控制效果·仿真实验结果也证实滑模控制方法能够用于12自由度双足机器人的轨迹跟踪控制·     

二自由度平面机械手的模糊建模与模糊控制

本文以二自由度平面机械手为例，尝试用线性系统理论和模糊控制理论解决非线性系统问题。要点是：把一个整体非线性动力学模型看成是多个局部线性模型的模糊逼近；把整个非线性系统的控制看成是多个局部线性系统控制的模糊逼近。这种方法称为并行分配补偿法。本文建立了二自由度平面机械手的模糊模型并在此基础上用并行分配补偿法对系统进行了综合，最后用仿真进行了验证，证明了并行分配补偿法的成功和所建模型的合理性。     

一种新型两自由度高速并联机械手的弹性动力学分析

对一种新型两自由度平动并联机械手进行弹性动力学分析. 采用有限元方法建立了并联机械手的弹性动力学模型．在该模型的基础上,分析了机械手在工作空间的前四阶固有频率的分布情况;研究分析了在外力和刚体惯性力激励下机械手动平台的位置误差;给出了构件在各个时刻的最大动应力及其出现的位置．研究分析表明：系统的固有频率与其位形有关;机械手动平台的位置误差主要是由高速运动时刚体惯性力引起的;机械手各个柔性构件的动应力谱是变幅应力谱．     

半结构环境中电力作业机器人机械手鲁棒轨迹跟踪控制

在输电线路高电压、强电磁干扰的恶劣半结构环境下,为有效抑制扰动信号及各种不确定性因素对电力作业机器人机械手轨迹跟踪精度和运动稳定性的影响,提出了一种基于H∞控制理论的机器人机械手鲁棒轨迹跟踪运动控制方法.通过机器人控制体系结构的分层,利用拉格朗日法并结合关节电机电枢电压方程对机器人的不同动力学行为进行了动力学建模,获取了机器人动力学行为和动力学参数的映射模型,在此基础上推导出了扰动及不确定性因素情况下关节运动控制的状态空间表达式,并以此构建立了机械手H∞轨迹跟踪控制模型,利用线性矩阵不等式（LMI）求解了相应的轨迹跟踪H∞控制器,最后通过仿真实验验证了H∞控制的有效性.现场作业试验进一步验证了该控制方法的工程实用性,同时该控制方法具有通用性好、适应性强、易于扩展的显著特性.      

机器人动力学分析新方法──Kane方法

本文比较了闭链机器人动力分析的各种方法，提出使用Ｋａｎｅ方法求解机器人的动力学问题，并利用Ｋａｎｅ方法求解了一个五杆二自由度机械手的动力学问题。     

一种3自由度仿人型假手的肌电控制

采用支持向量机作为分类器,通过在健康受试者前臂处安放8个表面肌肤干电极提取肌电信号,使用信号均值作为特征,以较高成功率实现人手10种姿态的分类.分类结果加窗后输出至3自由度假手控制器,实现"姿态跟随"以及"位置/力矩迭加"两种控制方法.试验结果表明,手部姿态的多模式识别使得多自由度肌电假手的控制更加柔顺,体现了较高的灵巧性与功能性.