考虑在轨运动可靠性的空间机械臂关节力矩优化方法

提出一种考虑在轨运动可靠性的冗余度空间机械臂关节力矩优化方法。首先将机械臂操作空间中点到点的转移任务从笛卡尔空间转换至关节空间,利用七次多项式插值法对各关节变量进行参数化处理,获得粒子群算法的优化控制参数;与传统路径规划方法不同,将机械臂各关节力矩的均值和最小作为粒子群算法优化求解的目标函数;依据该目标函数以及相应优化控制参数,利用粒子群算法对空间机械臂运行轨迹进行优化求解,得到机械臂关节力矩均值和最小的运行路径。仿真实验表明,相比传统路径规划方法及以关节力矩二范数为目标函数的关节力矩优化方法,在降低冗余度空间机械臂关节力矩均值方面,文中方法分别减小了33.57%和10.47%;在降低关节力矩最大值方面,分别减小了43.25%和6.19%。

柔性冗余度机器人力矩优化的研究

本文首先应用模态理论，对柔性冗余度机器人振动的控制问题的原理与策略进行了研究．在此基础上通过对满足抑振要求的自运动的选取进行分析，指出柔性冗余度机器人在通过优化其自运动实现振动抑制的同时还具有二次优化的能力，并给出了在满足抑振的前提下实现关节力矩优化的方法．最后对一个末杆为柔杆的平面三杆机械手的振动控制与力矩优化进行了仿真，结果验证了该方法的可行性．

柔性冗余度机器人考虑抑振的力矩优化算法

利用拉格朗日乘子法对柔性冗余度机器人考虑抑振的关节力矩优化进行了研究。应用模态理论研究了柔性冗余度机器人振动控制的原理 ,分析了自运动对机器人振动的影响 ,把主动控制思想应用于柔性冗余度机器人振动的控制中 ,通过规划自运动构造出合适的模态控制力对机器人的振动进行主动抑制。在此基础上利用拉格朗日乘子法 ,提出了一种在满足抑振的同时进行机器人关节力矩优化的方法。

一种基于力矩优化的虚拟人运动控制算法

本文以四元数、递归动力学和优化控制为基础 ,提出了一种基于力矩优化的虚拟人运动控制算法。该算法使我们能够有效地处理关节位置和力矩约束 ,解决虚拟人的约束动力学问题 ,使虚拟人的运动不仅符合动力学规律 ,而且能量消耗最少 ,从而有效地实现了对人类作业的仿真和评估。实验结果证明了算法的有效性。

软指灵巧手关节力矩优化设计研究

通过将软指接触的摩擦约束线性化,推导出满足平衡约束和接触力约束、以关节力矩矢量为变量的线性约束不等式限定条件,构建了各关节力矩平方和最小的二次目标函数,从而将关节力空间中力矩的优化变为线性约束条件下的二次规划问题,以得到最优的关节力矩矢量。采用线性化的软指接触模型,减小了软指接触力约束的计算量。线性约束下的二次优化可直接化为单纯形法可快速解决的线性优化问题,提高了实时性。最后以软指接触情况下的两指灵巧手抓取平面椭圆物体为例进行了关节力矩的优化,证明了算法的有效性和实时性。

力矩优化的扩展雅可比方法机械手避障研究

利用扩展雅克比矩阵方法,在逆运动学中引入自运动向量,采用具有能量优化与避障约束的标量函数设计自运动向量,规划避障次级任务;为了减小机械手关节驱动器实际输出的峰值力矩,避免过大峰值力矩导致的转矩饱和,提出力矩峰值减小优化算法,该方法采用局部优化策略,使用当前转矩及给定约束优化下一状态转矩。通过平面3连杆机械手的仿真结果表明,机械手在笛卡尔空间完成轨迹跟踪主任务的同时,能有效避开障碍物,减小输出力矩峰值。

三分支机器人优化关节力矩的轨迹规划

基于旋量理论,采用分离影响系数法建立三分支机器人运动学和动力学方程,运用最小范数广义力计算策略优化协调操作臂载荷分配。在此基础上,结合搬运物体的协调操作实例,通过比较最小关节范数法和最小关节力矩法两种规划的优缺点,提出了改进的三分支机器人优化关节力矩轨迹规划方法。仿真结果给出了不同方法条件下,轨迹长度变化对关节角度及力矩大小的不同影响,并验证了改进方法的有效性。

一种冗余机械臂构型优化方法

针对存在结构偏置7自由度机械臂的逆运动学问题,本文提出了一种选择最优关节角参数的位置级逆运动学优化算法,根据基于关节参数固定的关节角解析解,将牛顿迭代法与拉格朗日乘子法相结合,将机械臂最优构型的计算问题转化为机械臂最优标志参数的寻根问题,分别针对关节构型、关节力矩整体进行优化,求解出最优构型。该方法与速度级逆运动学算法对比,具有计算精度高、收敛速度快的优点,并且进行了对比仿真实验。结果表明:相较于速度级算法,该方法得到的逆解没有终态自运动,位姿精度高4个数量级,关节最大受力降低了13%,并且力矩优化速度更快,具有十分重要的在轨应用意义。

力矩输出能力最优化混合执行机构操纵律设计

当航天器执行高动态敏捷机动或者姿态动态跟踪控制等任务时,常使用控制力矩陀螺(control moment gyroscope,简称CMG)和飞轮(reaction wheel,简称RW)构成的混合执行机构来提供大力矩。提出了基于力矩输出能力最优化的混合执行机构操纵律,从几何角度出发,给出了力矩输出能力最优的CMG框架角速度和RW角加速度,通过引入参数,并讨论参数的设置的最优,使得框架转速误差和输出力矩误差的混合二次型达到最小,保证了混合执行机构在输出力矩误差最小的情况下,力矩输出能力最优。以金字塔构型的CMG集群和正交的RW集群构成的混合执行机构为例,对基于力矩输出能力最优化的混合执行机构操纵律进行合理化分析,证明了引入参数的作用,并且证明了混合执行机构不存在CMG奇异情况。仿真结果表明,基于力矩输出能力最优化的混合执行机构操纵律解决了CMG奇异的问题并使得RW不陷入饱和,输出力矩误差较小,输出力矩能力强,能够应用于航天器大角度机动任务。

模块组合永磁电机力矩波动分析

模块组合电机存在齿槽力矩和边端力波动影响电机性能的问题,本文针对模块组合永磁同步电机的力矩进行分析:对齿槽转矩的产生进行理论分析并采用不同程度不均匀气隙对齿槽转矩的优化;另对边端力利用Schwarz-Christoffel变换对电机边端气隙磁场进行求解,最后提出边端力的削弱方法。

一种超低脉动无刷力矩电动机的设计

针对高精度、高稳定性伺服系统对电机超低力矩波动的要求,提出了一种两相无槽无刷力矩电动机的设计思路,使用Maxwell建立设计模型进行仿真分析,投制样机进行试验验证。成功研制了一款具有超低力矩波动的无刷力矩电动机。

直通式自动控制球阀动水力矩特性分析

实际应用中,直通式自动控制球阀执行机构的输出力矩会影响阀芯启闭过程。为了保证启闭过程的顺畅,计算流体介质对自动控制球阀的动水力矩很重要。利用Fluent软件对无锡智能自控工程股份有限公司的R1系列直通式自动控制球阀进行数值计算,获得动水力矩变化规律,并总结出动水力矩系数变化规律,为该类阀的选型和力矩曲线优化提供重要依据。

轮式机器人越台阶控制与仿真

应用于移动机器人的Rocker-bogie悬挂移动系统具有很强的复杂地形适应能力,通过建立机器人越台阶时的准静力学方程,分析各轮在越障不同步骤时的受力变化,建立保证机器人平稳、安全越上台阶的约束条件,以二次规划方法优化各轮输出力矩,使各轮协调运动,避免不稳定情况发生。通过MATLAB软件仿真,并给出仿真结果。

冗余度机器人雅可比矩阵求导方法及应用

雅可比矩阵导数求解是进行冗余度机器人动力学优化分析的基础。基于旋量理论,提出了求解雅可比矩阵导数的改进方法。该方法利用运动旋量指数积易于求导的特点,避免了直接代入关节变量符号计算雅可比矩阵并依次求解关节变量偏导数的繁琐过程,在保持计算准确性的同时,极大地简化了雅可比矩阵求导运算。通过9自由度冗余度机器人优化关节力矩的拉抽屉操作实验,验证了算法的正确性和实用性。

白师贤先生在《北京工业大学学报》发表的论文

[1]岳士岗，白师贤．冗余度柔性杆机械臂自运动规划减振[J]．北京工业大学学报，1998，24（2）：80—85． [2]岳士岗，白师贤．具有最优初始位形的冗余度柔性杆机器人关节驱动力矩优化[J]．北京工业大学学报，1998，24（1）：39—44．

独立驱动电动汽车模型参考自适应稳定性控制

为提高四轮独立驱动电动车(EV)辆行驶中侧向稳定性和安全性,设计了一种基于模型参考自适应(MRAC)直接横摆力矩稳定性控制算法。上层控制器通过Lyapunov数设计并对系统轮胎侧偏刚度、车身质量参数进行实时估计以获得额外横摆力矩;下层控制器利用二次规划法优化所得力矩分配至各轮,以保证控制器动态响应的实时性。在双移线工况下进行Carsim与Simulink联合仿真的结果表明:在附着因数为0.85时,该算法的横摆角速度、质心侧偏角的平均绝对误差相比传统滑模控制分别下降43.0%、37.1%;在附着因数为0.40时,分别下降了25.3%、23.2%。因此,该算法提高了车辆行驶稳定性和安全性。