扩张状态观测器下的FFSR末端轨迹跟踪控制

针对传统空间机器人控制方法需要测量角速度信息的问题,提出一种基于扩张状态观测器的优化控制方法,实现不确定条件下自由漂浮空间机器人(Free-Floating Space Robot,FFSR)末端轨迹跟踪控制。首先,在FFSR名义模型的基础上,考虑参数不精确以及外部扰动因素,建立更符合实际工程的FFSR模型;而后,通过增广变量方法将FFSR模型转化成状态空间表达形式,并基于此设计扩张状态观测器,对状态变量以及不确定项进行在线估计;进而,将观测器的输出作为控制器的输入,提出一种基于状态依赖黎卡提方程(State-Dependent Riccati Equation,SDRE)的优化控制方法;最后,在Matlab/Simulink平台上对所提控制方法进行数值仿真。结果表明:所设计的状态观测器能有效观测FFSR关节角的角速度以及末端抓手位置信息,且通过所设计的优化控制器能够实现机械臂末端的精确跟踪控制。

一种柔性机械臂末端轨迹跟踪的预测控制算法

针对柔性机械臂末端轨迹跟踪的内动态不稳定和模型不精确问题,提出一种用于柔性臂末端轨迹跟踪的预测控制算法.利用输入-输出线性化的方法使得柔性臂末端变量和弹性变量解耦,并根据状态反馈设计出一个非线性预测控制系统,将轨迹跟踪问题转换为状态跟踪问题.该控制系统通过平衡末端跟踪误差、弹性变量和控制力矩3个最优指标来克服内动态不稳定性,并采用最优控制律求解和力矩求解相分离的策略来提高运算速度,同时引入了实际输出数据进行误差补偿以减少模型误差对末端轨迹跟踪精度的影响.仿真结果表明,所提出的预测控制算法在保证柔性臂内动态稳定的同时,能有效解决模型失配引起的控制精度下降问题,并具有较快的运算速度.

基于末端轨迹修正的导弹跟踪稳定性控制方法

舰载导弹在制导飞行的末端容易受到空气小扰动的影响产生轨迹偏离,需要进行轨迹偏离修正控制,提高弹道对目标跟踪的姿态稳定性,提出一种基于改进的扩展Kalman滤波(EKR)和误差反馈修正的导弹跟踪端轨迹修正控制方法。以陀螺仪采集的导弹的横滚角、俯仰角以及航向偏离的参量为控制约束指标集,采用扩展Kalman滤波算法进行姿态参量融合,结合Smith结构建立导弹跟踪控制的被控对象模型,计算末端轨迹中姿态角与真值的偏差,根据偏差进行导弹的惯性姿态反馈调节,采用自适应的量化融合跟踪识别方法进行导弹定姿处理,通过对末端轨迹的误差反馈修正提高姿态角的输出精度,根据姿态的不断变化实现自适应的位姿修正,实现导弹对敌目标跟踪的稳定性控制。仿真结果表明,采用该方法进行导弹控制的姿态角解算的误差较小,定姿精度较高,提高导弹跟踪控制的稳定性和鲁棒性。

基于视觉反馈的机器人末端轨迹跟踪控制研究

工业机器人受机械本体间隙误差及外界干扰,在进行焊接、喷涂等工作时难以精确跟踪期望轨迹,严重影响工作效率和质量。根据视觉反馈控制原理,提出一种基于视觉反馈的末端位置动态补偿方法,设计视觉及末端执行器补偿机构,通过高速相机检测机械臂末端与期望轨迹的图像位置偏差,利用末端执行器进行位置补偿,可以快速高精度跟踪期望轨迹。通过实验对提出的方法进行验证,结果表明即使有外界干扰的情况下,机器人末端的跟踪误差最大为1.45 mm,显著提高了轨迹跟踪精度和跟踪速度,满足工业机器人末端快速、高精度的轨迹跟踪工况要求。

超冗余度机械臂跟随末端轨迹运动算法及其性能分析

超冗余度机械臂具有大长径比、多自由度、高灵活性等特点。为提升其穿越受限空间的效率,提出一种适用于该机械臂三维空间深腔探测的跟随末端轨迹运动算法。在底座进给运动配合下,机械臂的连杆和关节沿规划路径移动,并使得机械臂与路径曲线偏差尽可能小。为提高算法效率,提出一种迭代步长顺序查找法来实现机械臂的关键点与离散路径曲线快速匹配;为减小路径跟随误差,提出一种线性插值优化方法减小因路径离散处理引起的误差。通过12个关节的超冗余度机械臂的仿真试验,从位置精度、运动平顺性、算法效率三方面对算法性能进行评价。结果表明,在保证路径跟随误差不超过5μm的情况下,机械臂的运动平顺,单周期计算耗时为1 ms左右。算法适用于空间三维运动,且算法效率满足实时控制要求。

下肢康复机器人末端的控制方法

为提高下肢康复机器人末端轨迹跟踪效果,削弱传统滑模控制存在的抖振和误差收敛速度较慢的问题,采用双曲面正切函数的滑模控制器,对下肢康复机器人的末端进行直接控制,在Matlab/Simulink环境下进行仿真分析。结果表明,相对于传统的滑模控制器,采用双曲面正切函数的滑模控制器,不仅提高了跟踪精度和误差收敛速度,而且削弱了机器人末端控制输入力矩的抖振,具有一定的稳定性。

扩展卡尔曼滤波和配准算法的工业机器人误差补偿

针对现有工业机器人误差,特别是工业机器人末端轨迹精度低、实时监测计算复杂等问题,提出利用扩展卡尔曼滤波器和配准算法组合提高机器人末端轨迹精度的算法,解决了机器人末端精度低、控制补偿不准确等问题。建立SCARA机器人数学模型,同时建立基于扩展卡尔曼滤波和配准算法的机器人误差补偿模型,通过扩展卡尔曼滤波、配准算法进行误差补偿,实现了末端精度的提高。通过仿真验证,分析对比机械手末端轨迹补偿前后的误差,证明了算法的可靠性与准确性。

混凝土泵车臂架实验台数值仿真和振动特性

针对泵车臂架末端运动轨迹确定和动力学求解困难的问题,建立泵车臂架实验台刚体模型;采用模态缩减技术对臂架柔性化,建立臂架系统的多柔体模型,然后利用虚拟弹簧阻尼法建立四节臂液压驱动油缸的等效模型,研究臂架系统臂、连杆、铰之间的运动学、动力学规律,对比分析臂架系统刚体模型、柔体模型和加液压油缸等效柔体模型的末端位移、液压缸运动受力以及整体臂架系统的第一阶固有频率。研究结果表明:臂架柔体模型运动停止后存在振动衰减的过程,其末端位移量比刚体模型增大数倍,柔性体液压缸关键部位的受力比刚体模型也大幅增加,第一节臂对整体末端振动位移的贡献最大,液压油缸的等效分析对固有频率值的影响较大。最后通过臂架实验台验证了建模和分析方法的正确性,为臂架系统低频振动抑制、轨迹规划和疲劳分析提供参考。

自由漂浮柔性空间机械臂抗扰控制

自由漂浮柔性空间机械臂的基座不受控,在外太空环境中不仅会受到如关节处摩擦力矩等匹配干扰的影响,还会受到如太阳辐射等非匹配干扰的影响。为了保证柔性空间机械臂系统的稳定及末端轨迹跟踪的精准,对其抗干扰控制方法进行研究。基于奇异摄动法,将柔性空间机械臂系统解耦为刚性与柔性子系统,将非匹配干扰转化为匹配干扰,以便在控制通道对其进行补偿。对分解后的两个子系统,分别设计了带有干扰补偿的计算力矩控制器和滑模控制器,分别实现末端轨迹跟踪和柔性模态快速镇定。通过仿真验证了所提控制方法的有效性。

基于混合驱动多关节机械臂控制系统的建模与仿真研究

为了探讨机械臂的混合驱动的可能性与优势,将电动缸和液压缸这两种驱动方式相结合,设计了一种伺服电动缸和电液比例阀控液压缸混合驱动的机械臂。以机械臂末端轨迹控制为目标,搭建了相应的控制系统。基于Matlab的Simulink与AMESim软件的联合,建立了该控制系统的仿真模型。仿真分析了该混合驱动机械臂的末端轨迹的可控性与特点,为开发实用的混合驱动机械臂提供了理论依据。

一种人机共融的手指外骨骼机器人设计与验证

手指外骨骼机器人是一种手部康复训练装置,传统的连杆型手指外骨骼机器人通常只考虑远指关节的末端轨迹重合度,未考虑掌指关节和指间关节的末端轨迹,无法保证手指能够自然的屈伸,存在舒适性和安全性问题。基于人机共融外骨骼机构构型综合方法,建立了人机构型的约束方程,提出了人机共融设计方法,认为外骨骼机器人在穿戴后与手指共融为一个整体机构。设计了自适应角度采集设备进行了数据采集实验,并拟合出2个指关节关联性函数,将其引入人机构型约束方程,通过粒子群算法求解并优化了尺度参数,完成人机共融外骨骼机器人设计并仿真分析了其工作空间。搭建了外骨骼机器人样机并进行了实验,结果显示机器人样机具备人机共融特性,能够很好地拟合三关节末端的轨迹,证明了设计方法的有效性。