基于低通滤波器的柔性关节空间机器人时延估计跟踪控制

为解决位姿不受控情况下柔性关节空间机器人系统预抓取阶段的关节跟踪控制和振动问题,采用拉格朗日方程并结合动量守恒原理进而建立漂浮基三杆柔性关节空间机器人系统动力学方程。为提高柔性关节的等效刚度,引入关节柔性补偿的方法;即根据奇异摄动理论,将柔性关节空间机器人系统分解为慢变系统和快变系统。在此基础上,针对慢变系统设计以时延估计为主框架的滑模控制方法,同时与低通滤波器相结合消除滑模控制带来的系统抖振问题;针对快变系统设计线性速度差值反馈控制系统,抑制柔性关节给系统带来的柔性振动问题。通过仿真验证空间机械臂能够在有限时间内快速、稳定地跟踪上期望轨迹,证实该控制方案具有较好的鲁棒性和可靠性。

基于关节空间位形优选的稳定平台运动学标定

船舶姿态稳定平台装载作业时,其作业精度必须要满足工程实际的需要.传统的方法难以建立包含全部误差源的误差模型,因而针对3-UPS&S姿态稳定平台的运动学标定问题,从关节空间的角度切入,建立了基于驱动关节等效误差的模型,并开展了基于关节空间的位形优选工作.首先,使用伪误差理论建立了驱动关节等效误差模型,其将稳定平台工作空间各维度相互耦合的姿态误差解耦并转化为关节空间等效驱动关节误差,并借助4阶幂多项式将后者描述为随位形变化的函数,从而构建了稳定平台整机误差辨识模型.其次,采用三坐标测量臂制定姿态误差测量方案,建立可解耦至关节空间的参数辨识方法,并开展离线辨识和误差实时在线补偿.在解耦至关节空间参数辨识的基础上,着重研究如何在关节空间中开展测量位形优选工作,以提升平台的姿态补偿精度.通过对各驱动杆离散化处理获得稳定平台的可达工作范围,而后基于残差分析理论定义了位形优选指标,并采用Exchange-Add-Exchange算法对位形优选的约束问题进行优化分析,利用计算机开展仿真实验获取了最佳测量位形.最后,根据测量方案,采用三坐标测量臂获取样机姿态误差数据并开展误差补偿实验,验证所提方法的正确性和有效性.实验结果表明,稳定平台的姿态体积精度由标定前的0.487°降低为0.065°.

基于改进量子粒子群算法的机器人关节空间运动轨迹规划优化

机器人轨迹规划是机器人运动控制实现的关键步骤,轨迹规划的效率与精度直接关系到机器人运动控制的实时性与准确性。将机器人运动轨迹映射到关节空间,并建立轨迹规划的数学模型,使其满足运动过程中的各项物理约束,并避免各关节间的耦合问题。针对量子粒子群算法进行改进,提高其收敛速度,避免陷入局部最优,提出改进量子粒子群算法,并将之应用于机器人轨迹规划的数学模型求解。并且对基于改进量子粒子群算法的机器人关节空间轨迹规划进行测试。测试结果表明,该方法可以代替传统的机器人轨迹规划算法,并且在精度和效率方面具有更高的优势。

基于关节空间模型的并联机器人耦合性分析

6自由度液压驱动并联机器人分为机械和液压两个子系统,这两个子系统可以分别建模为多刚体动力学和液压系统动力学。根据这两个子系统间存在的双边耦合关系,建立6自由度并联机器人操作空间整体动力学模型。通过雅克比变换,将操作空间动力学模型映射到关节空间,从而导出并联机器人关节空间动力学模型。利用该模型对几种典型位姿下并联机器人通道间的耦合性进行分析。分析结果表明,在整个操作空间中,并联机器人通道间存在严重的耦合,而且这种耦合作用随着并联机器人的位姿变化而发生变化,并将直接影响单通道系统的负载惯量特性,给并联机器人控制带来困难。

机器人关节空间的轨迹规划及仿真

为了保证搬运机器人在整个作业过程中运行平稳、连续 ,在关节变量空间直接进行轨迹规划 ,通过示教的方法 ,确定路径所经过的几个中间点。对于没有给定的区间 ,则利用 5次多项式进行轨迹插补 ,可方便、实时地得到机器人末端执行器的目标轨迹。应用该方法对搬运机器人关节空间轨迹规划进行仿真 ,得到的机器人工作过程中 4个关节的位移、速度、加速度的仿真曲线平滑、连续。

基于运动学和动力学的关节空间轨迹规划

在机器人轨迹优化设计的研究中,轨迹规划是实现机器人高速、高精度运行的核心,合理的轨迹规划不仅要满足机器人的运动学要求,而且要满足机器人的动力学要求,在驱动电机不变的情况下,增加机器人的速度和载荷是轨迹规划的难点。利用先进的python软件对机器人的运行轨迹进行深入的分析,在关节空间内采用五次插值多项式进行运动轨迹拟合,并将动力学模型加入到轨迹规划中。生成的拟合曲线表明,机器人在关节空间和工作空间内的位移、速度、加速度、加加速度曲线连续可导,各时间段的峰值力矩、峰值功率趋于同一数值,能有效的提高运动部件的速度和寿命。

基于焊接机器人的关节空间轨迹规划方法

针对"昆山一号"机器人关节空间运动的实际需求,结合机器人实时轨迹插补算法,提出了关节空间轨迹规划方法。运用离线编程软件仿真得到机器人末端运行轨迹,路径平稳连续。通过MATLAB仿真得到机器人各个关节角度变化曲线和关节速度变化曲线,关节角度曲线平滑连续,关节速度曲线合理无突变。关节空间规划方法也可以应用在由变位机、导轨和机器人组成的多轴系统中,运行轨迹连续稳定,速度曲线满足工艺要求。该方法应用于"昆山一号"焊接机器人中,满足焊接实时调速和实时调整轨迹的需要。规划结果表明关节空间规划方法是合理正确的。

一种六关节机器人关节空间轨迹规划方法

为提高六关节机器人运动效率,保证在最优时间内平滑地完成运动任务,提出一种关节空间轨迹规划方法.该轨迹规划方法首先通过D-H参数法,对机器人进行建模;在末端执行器轨迹上寻找若干个特征点,并通过逆运动学解得六个关节的关节角;采用5次非均匀B样条曲线定义速度、加速度可控的关节轨迹,并获得时间最优轨迹规划的非线性运动学约束条件;最后通过改进的粒子群算法求解关于时间最优的运动轨迹.

机器人关节空间B样条轨迹优化设计

在关节空间中对机器人B样条轨迹进行了时间了短优化计算 ,该优化问题模型包括关节角速度、角加速度、角加加速度及力矩 4种约束 ,给出了优化计算方法 ,给出了PUMA560机器人前三铰B样条轨迹优化算例。

码垛机器人运动学分析及关节空间轨迹规划研究

以IRB-460工业机器人为研究对象,针对其运动学建模及在笛卡尔空间和关节空间下的轨迹规划方法展开研究并进行对比。对机器人本体进行了机器人运动学分析,利用多项式轨迹插值算法进行了关键点间的轨迹规划,完成了重叠型码垛的作业流程。利用Robotics Toolbox完成了轨迹规划算法仿真,并进行了结果分析。仿真结果表明在关节空间下进行轨迹插补所得的路径点更为优化,所得的轨迹更为满足作业任务,具备合理性。

基于惯性动作捕捉的主从遥操作关节空间直接控制方法

为了克服传统主从遥操作方法需要进行大量的正/逆运动学解算且操作复杂、不直观的缺点,利用惯性动作捕捉设备将人体手臂动作信息引入遥操作控制回路中,提出了一种基于惯性动作捕捉的主从遥操作关节空间直接控制方法.然后,提出了一种基于四元数的关节空间非奇异映射算法,用于构建虚拟手臂模型,并利用该模型直接控制远端机器人的关节空间.试验结果表明,该方法可以直接控制远端机器人的关节空间,关节空间控制误差小于0.2°;末端位置控制精度小于10 mm,与基于手控器的传统主从遥操作方法相当.因此,基于惯性动作捕捉的主从遥操作方法不仅可以对远端机器人末端位置进行精确控制,而且可以直接控制远端机器人的关节空间,提高操作者的直观性和灵活性.

Stewart平台关节空间惯性矩阵块对角占优分析与判别

分析Stewart平台关节空间动力学模型惯性矩阵块对角占优特性,并给出相应的判别方法。首先使用拉格朗日方法建立平台关节空间动力学模型。然后针对平台几何结构指出一般情况下邻近支路耦合最为强烈,即关节空间动力学模型的惯性矩阵是块对角占优的,并定义反映这种耦合关系的矩阵块对角占优指标。最后给出一种判别平台惯性矩阵在给定工作空间内是否满足块对角占优指标的方法,依据该方法在给定工作空间内选择有限个位置姿态点,若惯性矩阵在这些位姿点处具有块对角占优特性,则可保证给定空间内任意点均具有这种特性。由于Stewart平台具有惯性矩阵块对角占优特性,在研究其控制方法时可将耦合强烈的邻近支路加以整体考虑,即分散控制三个两输入两输出子系统,从而降低传统单输入单输出单通道控制方法的保守性。

带有柔性补偿的柔性关节空间机器人的增广自适应控制及关节振动抑制

研究漂浮基柔性关节空间机器人操作未知载荷的关节运动控制及柔性振动抑制问题。结合系统线动量守恒关系及拉格朗日方法,建立空间机器人欠驱动形式的系统动力学模型。为便于其控制系统的设计,运用关节柔性补偿技术及奇异摄动理论对系统进行快、慢变子系统分解。针对快变子系统,提出力矩微分反馈控制器来抑制机械臂各关节的柔性振动;针对慢变子系统,设计基于增广法的自适应控制策略以实现系统在载荷参数未知情况下的关节运动轨迹渐近追踪。提出的控制方法由于引入柔性补偿技术,等效提高了关节刚度,可适用于具有较小关节刚度的空间机器人系统的控制;利用自适应控制器来实时补偿未知载荷参数的影响,使系统能够精确地执行所指定的关节运动任务。仿真结果校验了方法的有效性。

5-DOF仿人型机械臂关节空间轨迹规划研究

文章以5-DOF仿人型机械臂为研究对象,讨论了工业机器人轨迹规划方法及相关问题。对该机械臂进行了运动学分析,建立了机械臂运动学方程,并针对典型搬运作业方式,以距离最优为目标选取空间梯形路径关键点,设计了基于关节空间五项多项式插值算法的轨迹规划方法,利用Robotics Toolbox工具箱进行机械臂虚拟建模及关节空间轨迹规划仿真。经验证,相对于传统矩形路径作业方式,该方法可以更好完成工业机器人搬运作业的轨迹规划问题,对进一步结合工艺参数研究工业机器人控制系统具有必要的理论及实践意义。

基于多约束的机器人关节空间轨迹规划

当机器人进行快速运动且运动时间确定时,由于受到驱动机构性能等因素的制约,机器人进行运动轨迹规划时需要考虑角加速度约束、角速度约束和角度约束等多个约束条件。通过对运动约束进行分析,提出基于梯形速度曲线的多约束条件下机器人关节空间轨迹规划方法。根据无约束条件下规划出的最小加速度运动轨迹,在角加速度满足约束的情况下对其进行优化,获得满足角速度约束和角度约束的最小角加速度运动轨迹。对加速度达到最大时的轨迹也无法满足约束条件的情况进行讨论。该轨迹规划方法兼顾机器人的运动平稳性与约束要求,并且能够充分发挥机器人关节的驱动性能。仿真结果表明了该方法的可行性。

工业机器人关节空间轨迹规划及优化研究综述

随着机器人技术的发展,工业机器人广泛应用于自动化生产之中,极大地提高了生产效率以及自动化程度。轨迹规划是完成作业任务的关键环节,而轨迹优化则进一步提高了任务完成质量,也顺应了工业发展的需要。对工业机器人关节空间的轨迹规划及优化研究进展进行了综述。首先,简述了关节空间轨迹规划算法,指出多项式插值是主要方式,B样条曲线因其优良特性是今后发展的必然趋势。然后,对不同目标下的轨迹优化进行了全面综述,指出优化目标的确定以及算法的改进等还存在的问题。最后,对今后的发展方向进行了展望,多目标优化求解方式以及约束的动态调整等将是今后的研究重点。

工业机器人关节空间的插值轨迹规划

首先介绍了工业机器人轨迹规划的概念及涉及到的问题,并改进关节空间的三次多项式插值轨迹规划,提出五次多项式插值轨迹规划,最后重点分析了含多个途经点的插值轨迹规划、抛物线过渡轨迹规划,并进一步完善这两种情况同时存在时的轨迹规划。

髋-膝关节空间位置组合综合模式下踝关节背屈锻炼对脑出血偏瘫患者下肢功能及步行能力的影响

目的探讨髋-膝关节空间位置组合综合模式下踝关节背屈锻炼对脑出血偏瘫患者下肢功能及步行能力的影响。方法选择脑出血后偏瘫且步行功能受限患者124例,根据随机数字表法分为对照组和观察组各62例,对照组给予常规康复治疗,观察组在常规康复的基础上给予髋-膝关节空间位置组合综合模式下踝关节背屈锻炼。比较两组患者治疗前后的下肢运动功能、平衡能力、步行能力、日常生活活动能力及下肢痉挛评分。结果治疗后两组患者的下肢运动功能评分、平衡能力评分、日常生活活动能力评分较治疗前均有改善(P<0.05),但步行能力及下肢痉挛评分较前下降(P<0.05);治疗后观察组患者的各项评分均优于对照组(P<0.05)。结论采用髋-膝关节空间位置组合综合模式下踝关节背屈锻炼方式对脑出血偏瘫患者进行训练,可以有效改善患者下肢运动功能及平衡能力,增强患者日常生活活动能力及步行能力,并能减轻下肢痉挛。

飞行模拟器运动平台关节空间自适应模糊控制

提出了一种飞行模拟器并联运动平台的轨迹跟踪算法,用来补偿由于分支执行器力矩饱和所引起的轨迹偏移和控制器性能的下降。该算法分为实时轨迹修正模块和关节空间控制器模块两部分。对于任务空间中的参考运动轨迹,如果任何分支执行器发生饱和现象,实时轨迹修正模块将利用运动平台的动力学模型对参考加速度进行修正,同时在非饱和状态下补偿饱和修正所带来的参考轨迹与修正轨迹之间的偏差。关节空间控制器模块以饱和修正轨迹作为输入,使用计算力矩控制器并结合了带饱和补偿的模糊干扰观测器和分支速度观测器,使得存在外部干扰和无分支速度测量情况下,控制器能保证稳定并保持良好的跟踪特性。仿真结果验证了算法的有效性。

基于神经网络的自由漂浮空间机器人关节空间鲁棒跟踪控制

针对存在不确定性以及干扰的自由漂浮空间机器人关节空间轨迹跟踪问题,提出了一种基于鲁棒控制思想的神经网络鲁棒控制方法.对于控制器中由系统惯性参数不确定性引起的非线性不确定项,利用径向基函数(RBF)神经网络进行逼近,并且利用鲁棒控制器使系统镇定并保证从干扰到跟踪误差的增益小于或等于给定的指标.最后,对本文提出的控制方案进行数值仿真.仿真结果表明跟踪轨迹误差能以较快的速度收敛到零,从而验证了所提出方法的有效性.