机械臂力/位跟踪的无源自抗扰控制器设计

为了提高全方位移动机械臂的力/位跟踪控制精度,设计了无源自抗扰控制器。介绍了全方位移动机械臂工作原理,基于拉格朗日方程建立了移动机械臂系统的动力学方程。根据严格无源系统定义,证明了全方位移动机械臂系统的无源特性。以自抗扰控制为基础,通过定义新变量对扩展状态观测器进行改进;针对机械臂系统的无源特性,设计了无源自抗扰控制器。在扰动工况下进行仿真验证,改进扩展状态观测器的扰动估计误差远小于传统扩展状态观测器,且估计速度快于传统扩展状态观测器;无源自抗扰控制器的跟踪累计绝对误差远小于传统自抗扰控制,说明无源自抗扰控制的控制精度高于传统自抗扰控制。仿真结果证明了无源自抗扰控制在全方位移动机械臂控制中的高精度和优越性。

基于RBF神经网络的四旋翼磨抛机器人力/位混合控制

由六自由度并联平台和四旋翼无人机构成的四旋翼磨抛机器人的飞行轨迹和末端执行器打磨力难以稳定控制,为此提出一种基于RBF神经网络的力/位混合控制方法。根据Euler-Lagrange方程建立系统动力学模型,采用力/位混合控制器实现机器人在打磨时对力和位置的精度要求。在力控制环,采用PID控制和接触力前馈控制;在位置控制环,采用基于RBF神经网络的鲁棒控制。利用MATLAB/Simulink进行机器人轨迹跟踪和磨抛力控制仿真实验。结果表明,所提出的控制方法使得四旋翼磨抛机器人具有良好的轨迹跟踪效果,并且打磨力能保持稳定。

基于自适应降阶滑模算法的受约束多机械臂力/位混合控制

针对多机械臂系统末端受环境约束而产生的力/位混合控制问题,提出一种基于自适应降阶滑模算法的受约束多机械臂力/位混合控制方法。通过运用多个坐标系建立受约束多机械臂系统动力学模型,并将位置控制、约束力控制以及内力控制引入同一控制器中。将自适应滑模算法与降阶方法相结合,对动力学模型中的未知扰动进行了补偿。基于李雅普诺夫方法,证明系统的稳定性。经仿真验证,该方法不仅提高了控制器的控制精度和系统的响应速度,同时还能保证约束力误差及内力误差均稳定在极小的范围内。

基于模糊自适应滑模算法的多机械臂力/位混合控制

针对多机械臂力/位混合控制受摩擦力等不确定因素影响的问题,该文提出了一种基于模糊自适应鲁棒滑模算法的控制方法。首先,根据机械臂及物体的动力学方程,构建多机械臂系统模型,并将模糊算法与自适应滑模算法相结合;然后,对不确定因素及未知非线性项进行补偿,利用鲁棒算法对系统可靠性进行提升;最后,基于李雅普诺夫方法,证明了该系统的稳定性。仿真结果显示,该方法可显著提升控制器的控制精度和系统响应速度。

基于绳驱并联机器人系统刚度的力/位混合控制

对8绳6自由度绳驱并联机器人进行支撑刚度分析,基于刚度模型进行了力/位混合控制研究。首先,对绳驱并联机器人进行系统描述;接着,根据矢量封闭原理进行运动学分析,并对动平台进行受力分析,推导出静力平衡方程;然后,在操作空间通过刚度矩阵建立负载变化与位姿变化之间的关系,推导出支撑刚度的解析表达式,进而分析了影响支撑刚度的因素。另外,考虑系统刚度、动平台位姿精度和力控制稳定性等因素,综合出力/位混合控制器。仿真结果表明,在系统刚度基础上提出的力/位混合控制策略有效降低了动平台的位姿误差。最后,通过实验验证了刚度模型与力/位混合控制策略的准确性和有效性。

面向位控机器人的力/位混合控制

本文提出了一种面向位控机器人的力／位混合控制策略．通过力反馈信息对未知约束进行估计获得位控和力控方向，根据位控和力控方向对机器人终端的运动轨迹进行规划，并采用阻抗力控制规律以使机器人获得较好的柔顺性．仿真试验表明，该策略具有较高的力控制精度和表面跟踪能力．

基于打磨机器人的力/位混合控制策略研究

根据打磨机器人作业对位置和力同时控制的要求,在分析了基于位置伺服力/位混合控制策略的基础上,对基于速度伺服的力/位混合控制策略进行了研究,对测量的力信号进行了滤波、重力补偿及传感器坐标系标定等处理,以提高所测力信号的抗干扰性和准确性。仿真结果表明:该方案可以满足打磨机器人对位置和力分别控制的要求。

在未知环境下基于模糊预测的力/位混合控制方法

针对机器人在形状未知的接触环境表面上进行柔顺力控制的问题,在传统的力/位混合控制模型中采用一种模糊预测算法.此算法利用机械手末端与环境已产生的接触轨迹和运动方向,通过三种预测因子(满意度因子,曲率适应因子,参考比例因子),预测并调整未来采样时刻的力/位混合控制模型中的期望轨迹.每次预测时首先对以前的预测进行评估,同时考虑环境曲率和刚度变化的特点.此预测算法还可以应用于阻抗控制模型中.仿真证明,这种方法可以在不同的控制模型中取得较好的力控制效果,对未知环境的变化具有较强的适应能力.

基于模糊PID的力/位混合控制机器人自动化叶片磨削加工

针对机器人自动化航空发动机叶片磨削加工质量不高的问题,提出了一种基于模糊PID的力/位混合主动力柔顺控制。基于外部固定工具坐标的重力补偿算法解决了叶片重力对接触力求解的影响,根据坐标变换,完成接触力的精确感知。将机器人、工件和砂带轮简化成弹簧-阻尼二阶系统模型,利用最小二乘参数辨识方法建立系统模型。基于模糊PID的力/位混合力控制策略根据实际接触力与参考力的差值对离线编程轨迹进行在线修正,实现恒力控制。实验表明,相对于经典PID控制,基于模糊PID力/位主动柔顺控制算法可提高系统响应性能,降低稳态误差,改善系统鲁棒性,实现机器人自动化磨削加工过程的主动力柔顺控制。

在未知环境下面向位控机器人的力/位混合控制

提出了一种面向位控机器人的力/位混合控制策略.通过力反馈信息对未知环境约束进行估计获得位控和力控方向,根据位控和力控方向对机器人终端的运动轨迹进行规划,并采用阻抗控制规律以使机器人获得较好的柔顺性.在该算法中应用一个参考比例因子调节参考轨迹,根据反馈的接触力信息通过模糊推理确定参考比例因子的大小,从而使生成的参考轨迹适应未知环境刚度的变化.仿真试验表明,该策略具有较高的力控制精度和表面跟踪能力,增强了对接触环境参数变化的鲁棒性.

可嵌入式多维柔性力/位传感器

针对目前柔性多维传感器集成性差、灵敏度低等缺点,提出了一种基于液态合金微通道的三维柔性力/位传感器。首先,提出了双层对称液态合金微通道结构,建立了输入输出数学模型,确定了传感器最优结构尺寸;其次,提出一种经济高效的微孔抽丝成型工艺来对传感器本体和内部微通道进行一体化成型,并通过该工艺制作了传感器实验样机;最后,通过标定实验和应用实验验证了该多维柔性传感器对三维位移和拉力测量的可行性、准确性和稳定性。实验表明,在线性范围内,该传感器作为位移传感器测量绕X、Z轴弯曲变形灵敏度分别为85.7、70.5 mV/rad,测量拉伸位移的灵敏度为441 mV/mm;作为力传感器测量沿Y轴拉力的灵敏度为175.8 mV/N。该传感器可灵活嵌入到软体机器人内部或附着在待测物体表面进行力位混合测量,以实现对软体机器人的自感知反馈控制,提高软体机器人系统的集成度。

基于智能预测的力/位混合控制方法

针对机器人在形状未知接触环境表面上进行柔顺力控制问题,在传统的力/位混合控制模型中采用一种智能预测算法,此算法通过三种预测因子预测并调整未来采样时刻的力/位混合控制模型中的期望轨迹,并考虑环境曲率和刚度变化的特点.为了验证预测算法的有效性,构建了开放式的机器人力控制系统,在不同期望力、不同跟踪速度下对非规则受限表面进行了力控制实验研究,分析了受限系统中未知环境参数对接触力的影响.实验结果证明该方法对未知接触环境的变化具有较强的适应能力.在实验条件下,稳定状态下的力控制误差可以控制在3%之内.

一种被动柔顺控制的平面研磨力/位控制方法

针对平面研磨的加工特点和工艺要求,提出了一种基于被动柔顺控制的立式数控平面研磨机力/位控制方法。通过分析被动柔顺控制原理,建立了平面研磨加工的阻抗模型,进而得出能够使研磨加工处于动态平衡状态的工艺参数组,消除平面研磨中力与位的相互影响。试验结果表明该方法能够稳定控制研磨压力,定位精度良好,被加工件获得了较好的表面粗糙度,能够满足一般研磨的加工要求。与常用立式研磨机的控制方法相比,该方法能够在位置伺服状态下,避免使用专门的研磨压力控制设备,简化机床硬件和操作流程,提高加工效率,降低生产成本,具有良好的推广和应用前景。

一种开放式机器人控制器力/位混合控制的实现方法

针对机器人主动柔顺控制在工程中如何实现的问题 ,开发了一种开放式机器人控制器。此控制器采用“PC+PMAC”的控制结构 ,利用伺服驱动器的两种不同的控制模式 ,提出了一种实用的力 /位混合控制方案 ,给出了相应的硬件和软件的具体实现。实验表明 ,文章提出的力

基于模糊逻辑的机械手智能力/位控制(英文)

提出了一种面向机器人参与机械加工的智能柔顺控制策略,通过一个模糊阻抗控制器和一个速度控制器,该策略被应用于机器人切除毛刺操作中。模糊阻抗控制器可以根据机器人末端实际位置和期望位置的误差调整阻抗参数,从而提高控制性能和加工效果。而模糊速度控制器被用来调节工具进给速度,从而彻底清除较大的毛刺,避免损害工件和刀具,得到理想的加工表面。为了验证控制策略的柔顺控制能力,以一个三关节机器人进行了计算机仿真,仿真结果表明提出的策略能够很好提高控制性能,获得理想的加工效果。

曲面零件抛光机器人的力/位混合控制方法

提出了一种针对复杂曲面零件的工业机器人抛光力/位混合控制方法,该方法可以实现稳定的力控制和精确的位置控制,保证不同法向量处材料去除率的一致。根据规划好的具有法矢量的轨迹,结合传感器反馈的力信号和法矢量方向的PI控制器,机器人沿曲面法矢量方向修正运动轨迹间接地实现刀具和曲面间接触力的控制。研究表明安装不同抛光刀具的机器人抛光系统具有不同的系统刚度,为了保证系统刚度不同的抛光系统具有较好的接触力跟踪性能,提出了自适应PI控制算法,对抛光系统刚度进行评估和PI参数的调整。仿真和实验结果表明该方法可以很好地实现曲面零件的抛光。

固高工业机器人力/位混合控制

针对固高工业机器人末端主动柔顺控制实现问题,改进并设计了力/位混合控制系统。采用PC+PCI总线采集控制卡的结构,给出了相应的硬件及软件实现方法。实验表明该系统具有良好的稳定性和动态性能。

基于力/位混合控制的工业机器人精密轴孔装配

为了研究工业机器人在高精密装配领域的应用,针对高精密装配中典型的轴孔装配问题,提出精密轴孔装配流程以及新的力/位混合控制策略实现方式:装配流程包括搜孔、插入、完成3个阶段;新的力/位混合控制策略是基于伺服速度环实现,与传统基于伺服位置环实现的力控制系统相比较具有更大的系统带宽,控制系统结构简单,方便实现,也可以把速度信号进行积分,转化为伺服位置环控制的实现方式,开展仿真和实验以验证方法的有效性,仿真结果表明,基于速度环实现的力控制能够更好地跟踪更高频率的正弦给定信号,具有较好的力跟踪性能.实验采用工业机器人大臂减速机的装配,实验结果表明,采用力/位混合控制方法和螺旋搜孔的方式能够顺利地找到装配孔,很好地完成轴孔装配作业.

砂带抛光机器人力/位混合主动柔顺控制研究

以复杂曲面为加工对象,将机器人、砂带机和在线恒力控制算法相结合构成机器人恒力抛光控制系统。对抛光系统加工过程中所受作用力进行分析,根据机器人运动学坐标变化,提出重力补偿算法,消除工件重力对恒力抛光控制系统的干扰。建立力/位置混合机器人主动柔顺控制策略,提出了基于最小二乘参数辨识的力控模型求解方案,并基于模糊PID完成过程控制,实现对抛光力的恒定控制。通过对卫浴五金件的磨抛实验,结果表明该算法可以有效的实现机器人柔顺控制,保持恒力磨抛。

双臂空间机器人捕获目标的力/位协调控制

研究双臂空间机器人捕获目标过程的动力学控制和仿真。利用第二类拉格朗日方程建立空间机器人动力学模型,并基于动量定理,计算捕获目标过程机器人漂浮基座和机械臂运动状态受到的碰撞影响效应。针对捕获目标后形成的闭链系统,设计力/位形协调控制算法对系统的运动状态和目标的夹持内力进行控制,以保证捕获过程系统的稳定性、可靠性和安全性。基于动力学模型和控制算法进行数值仿真,仿真结果验证了上述控制算法的有效性。