多自由度机械臂关节角度自动控制方法设计研究

为解决目前机械臂运动轨迹控制与精度补偿中的问题,提出了一种多自由度机械臂关节角度自动控制方案.在对多自由度机械臂的连杆和关节部位的运动过程进行动力学分析的基础上,结合梯度下降法和人工神经系统,提出了能够实现对机械手臂连接部分和控制部分自动控制的策略,建立了针对多自由度的机械臂关节的角度控制模型.实验证明,所提出的控制策略能够很好地控制机械臂关节角度,并且能够很好地跟踪机械臂运动轨迹,有效提高了机械臂抓取精度,抓取精度达到了96%.

可控转角摩擦型铰节点滞回耗能研究

提出一种可控转角摩擦型铰节点,介绍了该节点的构造。利用既有试验对有限元软件ABAQUS模型材料参数进行验证,结果表明,试验结果与数值模拟结果吻合较好。建立25个不同参数的节点模型,探究螺栓预紧力、拼板间摩擦系数、梁固定端距销轴轴心距离、梁连接端肋板厚度、梁连接端肋板外伸长度、节点处肋板厚度、节点处肋板外伸长度共7个变化参数对节点滞回耗能的影响。通过拟合获得的数据,建立了节点摩擦反力提高系数与摩擦系数、节点安全储备系数与摩擦系数的关系曲线。结果表明:当节点转角大于设定转角后,节点产生的限位接触使节点反力大幅增加,实现限制节点转角的目的;摩擦系数在0.35左右耗能最大;在节点转角小于设定转角时,滑动摩擦反力与螺栓预紧力的比值约等于摩擦系数;节点最终破坏的总耗能随螺栓预紧力的增加而增大;螺栓预紧力超过规范规定的设计值时,对节点的累积耗能提高程度不明显;梁固定端距销轴轴心距离在梁高的0.95至2倍时耗能最佳;梁固定端距销轴轴心距离过大时,将降低节点的极限反力;梁连接端肋板厚度、梁连接端肋板外伸长度、节点处肋板厚度和节点处肋板外伸长度对节点滞回性能影响不显著。

主动前轮转向控制特性研究

【目的】对主动前轮转向控制系统展开研究,改善汽车的转向性能及安全性能。【方法】使用Simulink建立车辆理想二自由度模型,基于滑模控制理论搭建主动前轮转向系统,并通过Simulink与Carsim的联合仿真环境进行车速分别为40 km/h、80 km/h、120 km/h,地面附着系数为0.8的控制器效果仿真实验。【结果】主动前轮转向控制器提供的附加前轮转角可使实际横摆角速度紧密跟随理想横摆角速度,且无明显抖振。【结论】主动前轮转向控制器对于提升车辆稳定性有重要意义,可为AFSS控制器的开发提供一定的理论指导。

基于关节优先级的冗余机械臂柔顺控制方法

针对冗余机械臂柔顺控制过程中某些关节运动可能超出安全范围导致安全事故的问题,提出一种基于关节优先级的冗余机械臂柔顺控制方法。此方法通过雅可比矩阵的加权广义逆矩阵与阻抗控制中机械臂的末端速度相结合,计算出关节角度增量,并对关节角度进行迭代更新。在机械臂运动过程中,为减小超限关节的角度增量,将相应关节设置较小的关节优先级,将超限关节角度变化保持在安全范围内。最后使用一种八自由度的冗余机械臂进行柔顺控制实验验证。结果表明:将相应关节设置较小优先级后,该关节角度增量减小,证明了该柔顺控制方法的可行性和有效性。

脚踝关节康复训练设备转动机构角度智能控制

为提升脚踝关节康复训练效果,设计了训练设备转动机构角度智能控制方法。以康复医学与人机工程学为基础设计脚踝关节康复训练设备转动机构,帮助踝关节完成内收、外展、趾曲、背曲运动。根据阻抗控制原理设计转动机构角度控制器,该控制器利用阻抗控制环处理期望人机交互力与实际人机交互力间的偏差,获取转动机构角度补偿量。将其输入至角度控制环内,实现转动机构与患者脚踝人机接触的柔顺性控制。引入自适应权重策略改进标准的海鸥算法,通过优化控制器参数提升转动机构角度控制效果。实验结果表明:在不同康复训练幅度时,该方法均可精准控制转动角度;在不同驱动电机转速时,该方法控制转动机构角度的精度较高;应用该方法后,在背伸、内翻与外展康复训练时,脚踝关节康复训练的运动轨迹非常连贯及平滑,并未出现抖动现象,说明该方法角度控制的柔顺性较优,康复训练效果较佳。

基于梯度函数的多自由度机械臂关节角度自动控制

在多自由度机械臂运动过程中,易受到多连杆之间耦合作用的影响,导致多自由度机械臂关节角度控制效果和运动轨迹跟踪效果较差。为此,提出了基于梯度函数的多自由度机械臂关节角度自动控制方法。通过分析连杆运动和关节运动,建立多自由度机械臂动力学模型,获取影响多自由度机械臂关节角度的重要因素。在此基础上,基于梯度函数,结合神经网络算法,获取连杆和关节的控制策略,构建关节角度控制模型,实现多自由度机械臂关节角度自动控制。实验结果表明,所提方法能够有效实现多自由度机械臂关节角度自动控制,且具有较好的关节角度控制效果和运动轨迹跟踪效果。

重庆南川地区页岩节理剪裂角发育特征及控制因素分析

剪裂角是表征岩石共轭节理裂缝形态特征的重要参数,是岩石破裂程度及形态特征的重要体现,论文基于南川地区龙马溪组页岩的发育特征,利用野外观察、实验测试等手段梳理了研究区页岩节理剪裂角的发育情况,并探究了其发育规律。结果表明:研究区节理剪裂角发育具有一定的方向性,构造特征是影响节理剪裂角发育情况的重要因素,构造演化影响剪裂角发育方向,构造条件越复杂,节理剪裂角越发育;页岩成分通过影响页岩脆性系数,影响着节理剪裂角大小的发育情况,两者分布呈负相关关系;岩石力学性质是影响节理剪裂角发育的内在因素,岩石内摩擦角越大,节理剪裂角越小。

多阵列超声导波频相联控激励下复合材料损伤聚焦成像方法

针对超声导波相控阵方法中相位控制参数缺少距离和频率变量的不足,提出了多阵列超声导波频相联控激励下复合材料损伤聚焦成像方法。相比于标准的超声导波相控阵技术,该方法通过在各阵元上设置不同的激励频率,实现了在复合材料板上对点的角度-距离聚焦扫查和损伤定位。首先,建立了多阵列超声导波频相联控激励聚焦信号模型;其次,设计了一种分布式多输入多输出(MIMO)线性阵列,对监测区域逐点聚焦扫查,并建立阵列超声导波损伤回波接收,运用多重信号分类(MUSIC)方法,实现复合材料损伤成像。玻璃纤维板的仿真和试验结果表明,该方法对复合材料具有较好的聚焦性能,较高的损伤成像和定位精度。

立体坡面农业四足移动平台姿态控制策略与试验

针对农业四足移动平台在田间行走时的姿态稳定性、负载平稳性差等问题,提出一种立体坡面姿态控制向量策略,在建立四足移动平台运动学模型基础上,通过对一维俯仰、二维横滚坡面姿态姿态向量变化分析,得出立体坡面机身运动姿态角与各腿关节转角的变换方程,而后运用欧拉动力学方程、SLIP理论及次优支撑三角形内稳定裕度理论对四足移动平台平面Trot与坡面Walk步态进行规划。根据Matlab/Sim Mechanics的坡面姿态仿真试验,对所提出的控制策略进行研究,选择俯仰、横滚姿态变化的限定最小角度;Matlab-Adams虚拟样机仿真试验,验证立体坡面姿态变换方程及其步态规划的可行性,得到四足移动平台在俯仰、横滚均为10°的立体坡面行走时,其俯仰与横滚角变化范围在-2°~2°。通过四足移动平台物理样机进行机身姿态角与关节转角变化关系测试和立体坡面姿态行走试验,试验结果与仿真基本一致,验证立体坡面姿态变换方程及其步态规划的合理性;实现了四足移动平台坡面运动姿态保持水平的目的,提高了立体坡面行走的稳定性;负载平稳性能试验结果表明:该文提出的坡面姿态控制策略,在上、下坡及立体坡面行走时,其负载平稳性与无姿态控制器相比分别提高了15.8%,16.2%和16.0%,增强四足移动平台作为农业移动辅助平台的作业性能,为现代农业移动平台运动姿态控制的设计提供了参考。

主动航天服下肢关节电动伺服控制机构研究

提出一种可应用于航天员太空机动作业、骨骼肌能恢复训练以及月面大范围活动的主动航天服概念。在分析航天员行走步态关节运动规律基础上,利用拉格朗日方程建立膝关节和髋关节的动力学模型,并将航天员下肢大小腿与主动航天服机械装置的大小腿进行运动属性参数耦合,从而得到关节动态负载扭矩变化规律,为控制执行机构设计与选型提供理论依据。设计膝关节和髋关节角度反馈PID控制规律,满足航天员行走步态的随动跟踪控制。对膝关节和髋关节电机在抵抗动态负载扭矩情况下的角位移控制仿真表明,电动控制伺服机构方案能够满足航天员步态运动稳定跟踪控制需求,可扩展主动航天服系统的助力携行能力。

前馈控制加模糊补偿的机器人关节角度追踪

为解决不确定性机器人的关节角度追踪问题,提出一种前馈控制加模糊补偿的控制方法。将机器人动力学方程引入前馈控制,减小关节角度初始误差。为提高关节角度追踪的稳定性,模糊控制不直接输出关节补偿力矩,而是输出关节力矩补偿系数,其与前馈关节力矩相乘间接得到关节补偿力矩对机器人不确定性进行补偿。通过ADAMS和Matlab/Simulink对关节角度追踪控制效果进行验证。仿真结果表明,该方法对不确定性机器人的关节角度追踪控制是有效的,其关节角度追踪误差绝对值小于1.5×10^(-4)rad。

基于插中的人体步行运动控制研究

以人体步行运动为研究对象,通过构造人体几何和运动模型,引入辅助关节角将插中原理与已有运动控制的方法结合起来,提出一种新的方法自动灵活地控制每个周期下的人体步行的姿态。最后通过仿真证实了该方法的可行性。

运动干预青少年脊柱侧弯Cobb角的变化

背景:青少年脊柱侧弯康复目前有许多方法,但针对患者的病症,以功能能力为目标运动疗法报道不多。目的:观察分析运动干预对青少年脊柱侧弯Cobb角恢复的疗效。方法:对1例15岁青少年脊柱侧弯患者做干预前拍摄X射线片,测量Cobb角度,确定弯屈的位置,根据弯曲位置确定相关肌肉,设计出功能动作,进行针对练习和运动模式练习。运动干预包括:①左腿跨侧栏练习。②左腿侧够橡皮筋练习(左手拉下高于头的皮筋,在橡皮筋弹性回落时及时用脚踝勾住。要求左侧腰部肌肉要及时收缩)。③舞蹈的扒杆动作练习(左侧):擦地练习、划圈练习、小踢腿练习和蹲练习。④左侧侧压腿练习(拉伸右侧肌肉)。⑤直臂侧下拉皮带(双侧的背阔肌)。⑥俯卧沙袋提拉。⑦左侧单臂悬垂练习。⑧垫上运动:前、后滚翻,肩肘倒立起。⑨腹肌练习(正、侧转)。⑩教了4套韵律体操组合。所有的练习都在音乐控制下完成。共干预约50次,1-1.5h/次,时间为两个半月。再次拍摄X射线片观察Cobb角的改变,观察干预前后患侧神经肌肉功能的进步情况。结果与结论:通过两个半月,约50次(每次1.0-1.5h)训练,使患者的Cobb角34°回到28°,专科医生建议可不用戴支具。说明运动干预对青少年脊柱侧弯Cobb角恢复效果显著。

基于强化学习的煤矸石分拣机械臂智能控制算法研究

针对传统煤矸石分拣机械臂控制算法如抓取函数法、基于费拉里法的动态目标抓取算法等依赖于精确的环境模型、且控制过程缺乏自适应性,传统深度确定性策略梯度(DDPG)等智能控制算法存在输出动作过大及稀疏奖励容易被淹没等问题,对传统DDPG算法中的神经网络结构和奖励函数进行了改进,提出了一种适合处理六自由度煤矸石分拣机械臂的基于强化学习的改进DDPG算法。煤矸石进入机械臂工作空间后,改进DDPG算法可根据相应传感器返回的煤矸石位置及机械臂状态进行决策,并向相应运动控制器输出一组关节角状态控制量,根据煤矸石位置及关节角状态控制量控制机械臂运动,使机械臂运动到煤矸石附近,实现煤矸石分拣。仿真实验结果表明:改进DDPG算法相较于传统DDPG算法具有无模型通用性强及在与环境交互中可自适应学习抓取姿态的优势,可率先收敛于探索过程中所遇的最大奖励值,利用改进DDPG算法控制的机械臂所学策略泛化性更好、输出的关节角状态控制量更小、煤矸石分拣效率更高。

足球机器人角度优化控制软件设计

针对当前足球机器人角度控制软件存在控制精度低,控制及时性较差的问题,设计了一种足球机器人角度优化控制软件.根据足球机器人踢球过程中的等压效应确定机器人关节输出扭矩,构建机器人关节动力学方程,实现对机器人关节角度控制.引入质心的雅可比矩阵,确定机器人关节角度控制校正量,根据校正量,对足球机器人关节角度控制结果进行优化,实现足球机器人角度的优化控制.实验结果表明,所设计软件对足球机器人角度控制的精确度较高,且控制的及时性较好.

机械臂刚体运动防冲突角度最优输出方法

机械臂刚体运动防冲突角度输出方法存在防冲突角度控制精度低、易出现碰撞的弊端;因此,提出一种机械臂刚体运动防冲突角度最优输出方法。利用拉格朗日法获取机械臂被动关节动力学方程式,通过振幅控制方法控制机械臂被动关节位置,实现对机械臂刚体运动防冲突角度的最优输出。实验结果表明,相对于传统方法,控制下的机械臂刚体运动防冲突角度输出值较优,控制过程中位置误差与稳态误差较小,有效实现了机械臂运动的防碰控制。

运动训练中人体踝关节安全角度优化控制系统

为解决传统踝关节安全角度控制系统存在PWM控制单元稳定性较差、踝关节角度控制精确度较低等问题,设计了人体踝关节安全角度优化控制系统。通过判断踝关节在运动过程中生理特征的变化情况,完成人体踝关节安全角度的确定。通过电源模块设计、传感器模块设计、串口通信模块设计,完成新型优化控制系统的硬件部分设计。通过主程序设计、功能函数设计、PWM控制单元的加固设计,完成新型优化控制系统的软件部分设计。模拟系统运行环境,设计对比实验结果表明,优化后系统与传统系统相比,PWM控制单元的稳定性、踝关节角度控制精确度均得到大幅提升。

柔性机械手关节角位置的控制

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。研究了柔性机械手角位置控制的方法、硬件组成和软件流程 ,并进行了实验验证。

基于大数据聚类的机器人步态控制系统设计

为提高机器人关节的运动灵活性,使其具有更快、更稳的步行能力,设计基于大数据聚类的机器人步态控制系统;通过传感器设备为主处理器元件、舵机控制板提供足量的传输电信号,完成机器人步态控制系统硬件设计;定义关键的关节节点,通过建立适应度函数的方式,实现基于大数据聚类的步态节点安排;分别从支撑腿运动规划、摆动腿运动规划两方面着手,收集大量的步态运动信息,再联合已知函数条件,对机器人关节角度进行求解,完成机器人行进步态的规划与处理,实现基于大数据聚类机器人步态控制系统的应用;实验将所得关节弯曲次数、角度值与理想数值对比可知,所设计系统位姿标定情况下关节弯曲次数值大、角度值小,机器人关节的运动灵活性水平高,具有相对稳定的步行运动能力。