基于三次S型速度控制算法的移动机械臂末端振动研究

移动机械臂在实际工作环境中,受其自身柔性特征和外部因素的影响而引起机械臂末端的振动,而速度控制是实现机械臂末端抑振的有效手段之一。以UR10机械臂和Husky移动平台组成的移动机械臂为研究对象,针对梯形和S型速度控制算法的不足,提出一种三次S型速度控制算法,通过建立移动机械臂刚柔耦合动力学的理论和仿真模型得到移动机械臂末端的振动位移曲线和加速度变化曲线,验证了三次S型速度控制算法的正确性和抑振效果的有效性。

三次S曲线加减速算法研究

针对直线加减速和指数加减速算法中加速度不连续,易对机床产生冲击的问题,提出了一种三次S曲线加减速算法,给出了相应的加加速度、加速度、速度和位移的计算表达式。利用最优化原理,对加减速控制中可能出现的各种情况进行了速度规划。仿真结果表明:该算法能保证加速度和加加速度的平稳变化,避免产生大的冲击,提高了数控系统的运动稳定性;算法简单智能,可根据路径长度自适应地重新规划速度,提高了加工效率。

基于Adams的6R选矸机械臂关节速度规划

设计了一种6R选矸机械臂并提出了一种三次S形加减速控制算法来提高其运动平稳性。首先建立梯形、7段S曲线加减速控制算法,通过分析这2种算法对机器人运动平稳性的影响,提出了一种三次S形加减速控制算法。利用Adams对3种算法进行仿真分析,结果表明新型的S形加减速控制算法在提高6R选矸机械臂的运动平稳性方面更具优势并为6R选矸机械臂后续的运动控制分析和优化奠定了基础。

基于速度前瞻的双轴直线电机交叉耦合控制策略

为进一步提高双轴直驱型工作平台的加工精度,减小平面轮廓误差,并增强整体系统结构鲁棒性和响应速度,提出一种基于速度前瞻型双轴直线电机交叉耦合控制策略。首先建立基于双轴直线电机的数学模型,并改进自适应插补算法,设计能够适应广泛路径类型的交叉耦合轮廓误差控制器。同时利用双环滑模控制算法设计单轴电机控制器,该控制器可以提高电机对干扰做出反应的速度,并及时调整输出。为降低机械冲击和结构振动,利用速度前瞻控制器,提前根据曲率变化对路径进行S型速度规划,给出插补速度,实现了柔化运动过程,减小系统机械振荡的目的。实验结果表明,该控制方法能够明显地提高系统的控制性能,减小系统的轮廓误差,提高控制精度。

自动驾驶履带车辆的变曲率路径的跟踪控制策略研究

为解决履带车辆在变曲率路径下的跟踪精度低及传统单一的横向控制算法无法有效协调不同工况下的控制性能要求等问题,提出了一种基于LQR-MPC的最优速度规划混合横向控制方法。首先提出了一种最优速度规划策略(Optimal speed planning),并仿真验证有速度规划的横向控制算法控制精度提升了20%以上。通过对比模型预测控制(MPC)、最优线性二次型(LQR)的特性差异,进一步提出基于LQR-MPC的混合横向控制算法。结果表明:混合算法相比在单一算法,控制精度提升了44%以上,并减少了计算成本,实时性提升了38%以上,达到实时性与控制精度之间的平衡,最后通过增加模拟履带滑移干扰,发现混合控制算法具有一定鲁棒性。

基于多项式加减速的多头螺纹磨削算法研究

对多头螺纹进行磨削加工时,为了实现砂轮与切入点对齐,砂轮需要回到零点,并在零点等待一转信号和主轴转过偏转角度,而等待固定的信号会导致插补效率降低。针对这一问题,设计了一种基于混合非对称多项式加减速控制算法的多头螺纹快速分头算法。首先,分析了螺纹分头原理和砂轮切入方法,提取了切入点选择特征;然后,采用分区建立了插补时间规划模型,根据插补时间规划方法和砂轮切入点选择特征,建立了砂轮与每个切入点对齐的脉冲时间变化模型;之后,根据五次速度曲线加减速控制算法和三次速度曲线加减速控制算法的基本原理,设计了混合非对称多项式加减速控制算法模型,建立了参数控制模型及快退区目标速度预测模型;最后,采用MATLAB仿真的方法,验证了多头螺纹快速分头算法的正确性和有效性。研究结果表明:在工况1、工况2条件下(螺纹头数分别为20、25,其他条件相同),顺序切入和对称切入的加工效率分别提高了12.98%、0.67%,根据工况参数可以确定加工效率最高的砂轮切入方法;采用变加减速控制的方法,在快退区减速段可以实现±4 ms的容差控制目标,降低了砂轮与切入点对齐算法的容差压力;采用混合非对称多项式加减速控制算法,可以对多头螺纹快速分头插补和加加速度进行柔性控制,以提高螺纹分头的效率。

基于ADAMS的装车机器人运动分析

为了提高装车机器人的运动平稳性,采用UG和ADAMS软件联合仿真的方式,对装车机器人进行了运动分析。首先利用UG对机器人进行三维建模,并利用ADAMS建立机器人的虚拟样机模型。然后建立梯形曲线、S形曲线的速度模型,仿真分析这两种速度曲线对机器人运行稳定性的影响。针对S形曲线中加速段和减速段加加速度不连续,提出了一种三次S曲线加减速控制算法。仿真结果表明,三次S曲线加减速控制算法能够保证加速度和加加速度的平稳变化,避免产生大的冲击,使机器人运动更加平稳,为机器人的运动控制及优化提供了参考。

冲压机器人关节速度规划

设计一种四自由度冲压机器人,建立梯形加减速控制算法、S曲线加减速控制算法,通过分析速度、加速度、加加速度对冲压机器人运动的影响,为提高其运动的平稳性,提出一种三次S曲线加减速控制算法,通过ADAMS仿真对比3种控制算法的性能,得出三次S曲线加减速控制算法在运动规划中更具优势,为冲压机器人后续的运动分析和优化提供了参考。

永磁同步直线电机自适应反演滑模控制

针对永磁同步直线电机系统的非线性、强耦合、多变量的特点,以及容易受参数变化和外界扰动的影响,提出了一种基于幂指数切换控制律的自适应反演滑模控制方法。采用sigmoid函数替代符号函数,有效地抑制了滑模控制的抖振现象。设计了三次多项式S型速度规划,并将该速度规划作为伺服系统的指令位置输入。仿真与实验结果表明,与传统的三闭环PID控制相比,自适应反演滑模控制具有较好的响应性能、跟踪性能和鲁棒性强、定位精度高,很好地满足高速高精度的运动要求。

数控机床上下料机器人运动控制轨迹优化研究

运动轨迹优化是工业机器人研究的一个重要领域。七段S型曲线是从传统的梯形加减速算法基础上发展而来的,尽管S型速度曲线控制算法提高了加减速过程中的稳定性,使运动过程中的速度变化连续,有较好的平滑性,但其加加速度仍存在阶跃变化问题,导致加速度存在明显的拐点,容易造成机器人在运动过程中发生冲击或振动。在上述研究的基础上,将多项式速度曲线控制算法与S型速度曲线控制算法相结合,提出了一种改进的S型速度曲线控制算法,通过优化加加速度,使其速度、加速度连续变化,曲线平滑性更好。在新代机械手臂控制系统下,对改进后S型速度曲线控制算法进行试验,证明所提出的算法在加减速过程中能够获得更加平滑的速度和加速度。

关节型轮胎硫化抓取装置的动力仿真分析

论文针对轮胎硫化工序中装卸轮胎的工作需求,设计出一款关节型的轮胎硫化抓取装置。首先通过S型加减速速度控制算法对装置进行速度规划,求解出装置运转时末端的最大加速度,针对操作机的动力学逆问题运用ADAMS软件进行仿真分析,求解在给定末端点最大加速度运行情况下,各驱动器所必须提供给各主动关节的广义驱动力和关节的受力情况。结果表明,扭矩的变化曲线都较为平稳并未出现跳动以及频繁变向的情况,各关节受力大小合理并无突变和频繁变向的情况。为驱动器的设计提供了理论基础,验证了所设计的轮胎硫化抓取装置结构的可靠性和速度规划的合理性。

笛卡尔空间轨迹平滑过渡的前瞻插补算法

为了解决由于六轴串联工业机器人由于笛卡尔空间运动轨迹不平滑导致频繁启停的问题,提出了基于三次准均匀B样条曲线的前瞻插补算法实现轨迹平滑过渡和提高运行效率。该算法采用三次准均匀B样条曲线作为笛卡尔空间中相邻轨迹的过渡曲线,根据过渡曲线的曲率求出过渡曲线的速度约束,利用速度前瞻根据各轨迹段长度规划出合适的衔接速度,对各轨迹段分别采用非对称S曲线加减速控制,通过等时插补获得实际插补点。在六轴串联工业机器人的控制平台上进行实验验证,结果表明,相较于传统算法,该算法可以使六轴串联工业机器人在笛卡尔空间的运动轨迹更加连续与平滑,运行效率得到了有效提升。

重载混联机床智能加减速控制算法对驱动力的影响

在重载并联机床中,智能加减速控制算法对于驱动力的影响是显著的,但却很少被注意到。该文以一种重载混联机床中的二自由度并联机构为研究对象,利用虚功原理构建机构的动力学模型,通过实验仿真分析不同智能加减速控制算法对并联机构运动输入端驱动力的影响,并针对当前通用的S型加减速控制算法分析仿真,得到重载特性对机床控制的影响因素,最后对现有的S型加减速控制算法进行参数优化。结果表明,优化后的S型加减速控制算法在不影响表面加工质量的前提下,减小了机床在运行过程中的对电动机驱动力的要求。

基于混合驱动的分离罗拉运动轨迹规划研究

针对当前棉精梳机分离接合机构运动输出特性固定、振动大等问题,分析棉精梳机分离罗拉分离接合工艺,确定分离罗拉运动的位移关键点位置,根据差动轮系的运动规律提出交替驱动和分段驱动2种动力分配方案,并采用三次样条曲线作为交替驱动位移曲线、S型加减速曲线作为分段驱动位移曲线,通过对比分析得到最佳分离罗拉运动轨迹。指出:当设定棉纤维长度为30 mm时,2种驱动方案均能满足分离接合要求;采用混合驱动机构对分离罗拉高速正反转运动进行分解,实现伺服电机混合驱动分离罗拉,其运动性能更佳。

随车吊机械臂的吊装轨迹规划方法

针对8自由度随车吊吊运作业中的抓取段路径规划问题,通过任务描述建立了其运动学模型,提出了一种笛卡尔空间的S型速度规划与关节空间的六次多项式插值相结合的方法进行轨迹规划,并进行了仿真分析。研究结果表明,该方法能够按照预定路径运动,运动过程平稳无振动,并且具有较高精度。

柔索驱动拣矸机器人抓取轨迹规划研究

依据矸石分拣过程和特点,提出一种柔索驱动拣矸机器人的抓取轨迹规划方案。建立柔索驱动拣矸机器人运动学模型,仿真分析验证了模型的正确性,为末端抓斗的运动轨迹是否符合索长变化规律提供判定依据。根据矸石与皮带运输机同步运动的特性、矸石仓位置及拣矸机器人工作空间几何中心受力最佳等条件,将末端抓斗的抓取轨迹规划为启动段、准备段、抓矸段和置矸段;并针对各段不同的运动特点,采用S型速度曲线和五次多项式组合的轨迹规化方法,对末端抓斗的四段运动进行规划。对规划的轨迹方案进行仿真,结果表明,末端抓斗的运动轨迹、速度和加速度连续,索长变化光滑连续,且轨迹参数能适应矸石在皮带运输机上的不同分布情况。

城镇化要从“速度型”向“质量型”转变

本刊讯 6月29日，十二届全国人大常委会第三次会议分组审议国务院城镇化建设工作情况的报告。针对当前城镇化过程中存在的农民工融入城市难、土地城镇化快于人口城镇化、“城市病”等突出问题，不少委员认为，城镇化转型发展势在必行，要从“速度型”向“质量型”转变。

数控插补中基于运动曲线的局部优化和基于前瞻控制的整体优化

数控加工在机械制造领域具有举足轻重的作用,如何在满足加工精度的前提下提高加工速度是数控加工的一个关键问题.据数学机械化方法,将插补问题分解为局部优化和整体优化两部分,其中局部优化是在线段连接处通过采用二次曲线(抛物线)和三次曲线族过渡的方法,提高线段连接处的通过速度,使得局部通过速度最优;同时根据加工误差确定线段连接处的插补时间,并以插补时间为参数对线段连接处的插补参数统一进行调整,提高了数控软件的智能性.在局部优化的基础上进一步进行整体优化,即采用基于直线加减速和S型加减速控制方式的前瞻处理算法,对加工路径进行有效预测,避免了因突然加减速造成机床振动,从一定程度上保证整体加工速度的提高,采用符号与数值混合算法,算法简单,保证了计算精度和速度,满足实时加工的要求.算法在蓝天数控系统上进行了实际加工验证,结果表明该算法达到了预期效果,验证了算法的有效性.与当前已有算法相比,根据机床加工参数不同,加工速度提高了50%-170%.