基于PC/104总线的开放式机器人控制器的研究

在简要介绍嵌入式PC/ 10 4总线的基础上 ,讨论了基于该总线标准的开放式工业机器人体系结构。以中国科学院沈阳自动化研究所具有自主版权的开放式SIASUN -O6B机器人作为对象 ,将数字信号处理器 (DSP)为核心的PMAC2A -PC/ 10 4可编程多轴运动控制技术运用于对工业机器人控制 。

基于SEA的机器人仿肌弹性驱动关节研究

为了实现机器人的拟人运动,提高其对外部环境的适应性,基于串联弹性驱动器(SEA)驱动形式提出一种仿肌弹性驱动的机器人转动关节,以实现机器人在受迫振动或受冲击下的柔顺自调整运动。该关节机构参考人体肌肉-肌腱组织的Hill-type模型,采用具有对抗形式的主动弹性驱动和被动弹性牵制的设计方案,模拟肌肉收缩运动和功能,产生牵拉力以驱动机器人的关节。通过对该弹性驱动关节进行建模分析,得到其动力学描述方程,结合多次仿真测试中获得的系统运动特性曲线,在掌握其运动规律的基础上完成了其动力学性能评估。此外,针对关节机构具有的强弹性、低刚度特点,提出一种基于虚拟刚度补偿的控制方法,并应用在具有仿肌弹性驱动关节的二自由度机器臂上,实验结果表明其可行、有效。

不同重力条件下含铰间间隙空间机械臂PD~μ-SMC轨迹跟踪控制

研究了重力对含铰间间隙空间机械臂的轨迹跟踪控制的影响。针对空间机械臂在安装、调试阶段处于地面重力环境,在应用过程中处于空间微重力环境,重力环境的改变会使得在地面设计、装配、调试好的控制器在空间应用时达不到良好的控制精度和效果的问题,设计了不需被控对象模型的分数阶PD滑模控制器(PDμ-SMC)对含铰间间隙空间机械臂进行控制,并基于李亚普诺夫理论证明了渐近稳定性。仿真结果表明该控制策略能有效地抑制外部干扰,实现含铰间间隙空间机械臂在不同重力环境及存在外部扰动情况下仍然能对期望轨迹进行准确快速跟踪。

仿人预测控制在双足机器人步行控制中的应用

基于零力矩点(ZMP)的预测控制是目前双足机器人步行控制中最先进的方法,但是预测控制需要比较精确的预测模型,在环境扰动导致模型失配时,预测控制的性能下降较快。为了解决这个问题,利用仿人智能控制对环境误差具有较强抑制的特点改进预测控制。探讨了在步行控制中引入仿人智能控制的必要性和仿人智能控制改进预测控制的可行性,并设计了仿人预测控制器。最后通过仿真实验验证了新的控制器对双足机器人步行控制的有效性。

RoboCup中型组足球机器人的改进模糊HSIC运动控制

针对RoboCup中型组三轮全向足球机器人路径规划和轨迹跟踪的特点,结合仿人智能控制(human-simulated intelligent control,HSIC)算法,提出了改进模糊仿人智能运动控制算法,并将其运用于该系统的运动控制.实验研究证明,该算法具有控制精度高、稳定性好、能实时逼近期望路径的特点,完全满足RoboCup足球机器人运动控制的要求.另外,模糊控制的控制规则表可以由改进HSIC的逻辑控制规则所确定,使模糊控制器的设计更易于实现.

一种前轮驱动自行车机器人的原地回转运动控制与实现

建立了一种前轮驱动自行车机器人在车把和车架成正交构型时的动力学模型,重点研究其原地回转运动的稳定平衡控制方案。根据车把和车架成正交的特点并结合前轮纯滚动条件推导出车架航向角速率,基于Lagrange方程建立系统的动力学模型;采用部分反馈线性化技术,将欠驱动的车架横滚角线性化,并选择系统全部自由度为输出,通过给定一个角度的横滚角为系统的原地回转运动设计非线性控制器。数值仿真控制与实物样机实验表明,控制器可以稳定地实现自行车机器人的原地回转运动,并且改变车架横滚角的给定值可以得到不同的回转运动频率,两者的关系可以近似地描述为一个简单的线性函数。

四自由度上下料工业机器人控制系统研究

在数控加工行业中,要求提高加工精度和加工效率,降低生产成本,从而导致生产线自动化程度的提高,为了最大化地提高数控机床的加工效率,解放劳动力,上下料工业机器人在数控机床加工过程中的应用也越来越广泛。本次开发的控制系统是基于PMAC的四坐标上下料工业机器人的控制系统。系统以PMAC运动控制器+上位机为控制平台。PMAC运动控制器控制各个伺服电机的运动;基于PMAC编写的上位机人机界面用来实时监控状态和完成用户对整个系统的基本控制。功能丰富完整,具有实施价值。

冗余空间机械臂的运动学和笛卡尔阻抗控制方法

为了能让七自由度空间机械臂在空间站外壁换位行走,需要在对接的过程中能够自动控制机械臂接触力以确保其在安全的范围之内。介绍了七自由度空间机械臂的运动学计算方法,采用二次计算法求得其逆运动学解。提出了基于安装在空间机械臂末端六维力传感器反馈的笛卡尔空间阻抗控制方法,将逆运动学解转化到关节空间的位置内环进行位置控制,经Simulink仿真优化参数后在空间机械臂上进行了调试实验,结果表明,力的控制效果柔顺。

双足跳跃机器人的适应性CPG运动控制

为解决双足跳跃机器人在突发状况下的适应性控制问题,依据生物中枢模式发生器(CPG)运动控制原理,建立了可变结构的CPG运动控制机制;模拟生物神经网络的自重构特性,在运动控制机制中添加了时间延迟响应环节,用于突发状况的判断与调节。在机器人肢体突发故障或运动受到限制时,此机制可通过对自身状态的感知自发地调整神经网络结构,以继续维持稳定的运动。最后,在仿真平台上验证了此控制机制在正常行走与肢体自由度突然受到限制2种情况下的控制效果。