环境约束可重构机械臂模块化力/位置控制

针对受环境约束的可重构机械臂系统,提出了一种自适应神经网络模块化力/位置控制方法.利用雅克比矩阵将机械臂末端与环境接触力映射到各关节,将系统动力学模型描述成一组通过耦合力矩相关联的子系统集合,通过控制各子系统的位置和力矩来达到控制末端执行器位置和接触力的目的.利用神经网络估计可重构机械臂系统的非线性项和交联项,通过自适应更新律在线估计神经网络权值函数,并引入滑模控制项补偿估计误差,从而保证闭环系统渐近稳定.最后,在不改变控制器参数的条件下对2个不同构形的2自由度可重构机械臂进行数值仿真,结果验证了所设计控制器的有效性.

模块化可重构机械臂上位机软件设计

针对模块化可重构机械臂系统进行上位机软件的设计。采用CAN总线通信的分布式控制方式,基于C#语言开发了一款开放性上位机软件。根据上位机软件界面的不同功能模块按钮,操作模块化机械臂运行实现相应的点动、联动以及回零等功能。

基于模块化设计的机械生产系统优化研究

本研究探讨了基于模块化设计的机械生产系统优化策略,分析了模块化设计在提高生产效率、降低成本、提升产品质量等方面的显著优势。通过将机械系统分解为标准化、可重用的模块,各模块的独立设计、制造和测试简化了生产过程,减少了系统整体设计的复杂性和工作量。模块化设计的过程中常使用系统分析、仿真模拟和设计优化等方法,以及同步使用CAD、CAE和PLM等工具进行模块化设计和优化。本研究表明,模块化设计不仅提高了生产系统的效益和竞争力,还为未来的智能制造和可持续发展奠定了基础。

部分接入电池储能系统的模块化多电平换流器控制方法

部分接入电池储能系统的模块化多电平换流器(MMC with partly integrated BESS,MMCPBESS)可以在接入储能的同时节约建造成本,但其控制更加复杂。针对下桥臂接入储能电池的MMC-PBESS拓扑,建立数学模型及等效电路。在此基础上给出电容电压均衡策略,提出了上/下桥臂分控的控制策略,并分析了其运行边界。在MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,仿真了不同交直流功率比例的运行工况,所提控制策略可以在维持电容电压平衡的同时实现对电池充电的功能。该策略无需额外的环流计算,上下桥臂控制解耦,简单灵活。

一种模块化机械臂的设计与运动学分析

研制一种新型机械臂模块化旋转关节.为使模块化关节结构更紧凑,采用电机、编码器和制动器轴线平行的布置方式,具有标准的机械、电气接口,可以根据需求组装成不同构型的机械臂;针对模块化机械臂运动学不具有通用性的问题,基于构型平面匹配的方法,将空间构形转换为平面几何关系,实现对机械臂的模块化运动学求解;设计了机械臂运动学仿真平台,能够快速获得不同构型机械臂的运动学;结合该模块化旋转关节的特点,构建分布式控制系统,实现了对各种构型机械臂的控制.

模块化六自由度机械臂逆运动学解算与验证

针对六自由度模块化串联机械臂,进行了正运动学求解,并提出了该种臂型的运动学逆解计算方法。从机械臂的结构特点出发,采用DH法进行结构建模,得到了正运动学模型。在逆运动学求解过程中,针对纯代数法找不到该种臂型的独立不相关变量方程的问题,采用几何方法求解机械臂前3个关节、后3个关节使用反变换法求解,通过给出解的组合原则,得到了该机械臂逆运动学的完整解析解。为满足机器人系统编程和实际控制需要,基于VC++编制了MFC的运动学算法程序,验证了正逆运动学求解的正确性,为机械臂精确定位和运动规划提供了必要的前提条件。

六自由度模块化机械臂的逆运动学分析

针对自主研发的六自由度(DOF)模块化机械臂,提出一种逆运动学求解方法.根据机械臂的结构特点和运动学约束,对机械臂的运动学进行分析.建立该类型机械臂的正运动学模型,得到了机械臂逆运动学的完整解析解.采用Denavit-Hartenberg(D-H)法对机械臂操作空间进行描述,在考虑机械臂运动学约束的基础上,得到以关节角度为变量的正运动学模型.通过分析正运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解机械臂的正运动学模型,得到了该类机械臂逆运动学的完整解析解.通过仿真验证了正运动学模型及运动学逆解的正确性,运动学逆解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划.

空间机械臂在轨快换高精度模块化关节的研制

研制了一种高输出力矩可实现高速比、高控制精度的在轨可维护模块化关节。首先对高负载空间机械臂进行了动力学仿真,计算出关节力矩需求。其次,确定直流无刷舵机串联谐波减速器的传动方案。直流无刷舵机本身的齿轮传动误差经过谐波传动可以忽略,又有效提高了速比;输出端谐波减速器使关节在满足力矩需求的同时,具有很高负载自重比和传动精度,整个关节的机械回差可控制在1 arc min以内。在机械精度得以保证的同时,设计了基于FPGA的空间机械臂关节硬件控制器,完成高精度传的感器信息采集处理以及关节的闭环控制,以达到3 arc min以内的闭环控制精度指标。另外,为保证此关节长期在轨服役需求,设计了在轨可更换功能以及在轨手动驱动功能;所有控制电路集成于关节内部,实现机电一体模块化,便于在轨整体拆换。最后以关节样机为实验对象,搭建关节负载-精度测试平台,通过PD控制得出关节闭环控制精度,验证了设计的正确性。

机械产品柔性模块化设计知识库系统的研究

介绍了柔性模块的基本概念;在分析柔性模块化产品的设计推理过程的基础上,提出了一种面向对象的知识库建模方法.将模块视为对象,并以功能模块、柔性模块、实例模块为基础构成对象层次体系,以对象框架语言描述模块的相关设计知识,组成知识单元.然后论述了基于实例和框架的知识推理过程,并给出了液压机产品知识库系统的框架结构.结果表明,该系统的研究和开发可有效支持液压机等大型机械产品的快速响应设计.

可重构机器人体系结构及模块化控制系统的实现

本文提出了一种适用于新型可重构星球机器人的模块化控制系统,根据机构和运动特性,基于CAN总线和分布式控制器技术,将系统结构和功能分解成不同模块由各自的控制器独立执行,建立具有任务层和运动层的分层次控制结构,实现了组合式规划、分布式控制的混合式控制方法。本文设计了两种不同的控制器,并采用PPG脉冲宽度调节方法实现了对在机器人上使用的R/C电机的标定和控制。通过在子机器人原理样机上进行实验,验证了这套控制系统和控制体系结构的可行性。

六自由度模块化机械臂腕部工作空间量化对比分析

针对六自由度模块化机械臂的两种不同构型,对其工作空间进行了量化对比分析。采用DH法进行了手臂结构建模,得到正运动学模型;基于MATLAB机器人工具箱搭建了两种构型手臂的仿真平台,运用蒙特卡洛法求解两种构型手臂的工作空间,并采用可视化方法得到其工作空间的点云图;结合计算机辅助设计软件绘制两种手臂构型的3D工作空间,采用SLI指标对两种手臂构型的工作空间进行量化处理分析;最后通过对比两种手臂构型的工作空间点云图、3D工作空间实体和SLI指标性能分析了两种构型手臂的优劣,为后续的模块化机械臂的结构参数优化和空间灵活性研究奠定了基础。

基于模块化思想的可重构数控系统初步研究

提出采用模块化思想来开发可重构数控系统。对数控系统软件进行了模块化划分,并结合刀具补偿模块的实现对可重构数控系统的研究与开发作了一些分析、探讨。

6自由度模块化机械臂有限元分析及优化

针对6自由度模块化机械臂的有限元分析,对其结构进行必要的优化改进.首先根据实体模型在Solidworks中建立三维模型,采用DH法建立各连杆坐标系,得出手臂DH参数表;再将导入到Workbench中的三维模型进行有限元分析,根据有限元分析结果找出机械臂相对薄弱处,对此部分改进优化.优化后,薄弱处最大等效应力下降,机械臂的最大位移量减小,最大等效应力、应变对比改进前下降,提高了机械臂的整体特性以及机械臂的定位精度.

多臂节机械臂架系统连杆组参数化建模及优化设计

针对多臂节机械臂架系统连杆计算效率不高,优化设计手段保守的问题,以混凝土泵车臂架作为典型工程装备部件,将臂节之间的油缸及连杆作为整体考虑成连杆组,利用ANSYS APDL语言对连杆组进行参数化建模,并在多工况下进行优化分析,得到连杆组的最优结构模型;通过结构应力试验,验证了计算方法的可行性。结果表明,参数化建模及优化设计的方法大大提高了连杆的计算效率,为多臂节机械臂架系统连杆的设计提供了一种可行且有效的方法,也为其他具有类似结构的产品设计提供了重要参考。

基于OpenGL空间机械臂三维重构可视化研究

机器臂存在结构复杂、真实设备成本昂贵、实验条件受限等问题。在机械臂的设计研究中,可视化仿真系统作为一种安全灵活的工具,发挥着非常重要的作用,并广泛应用于机械臂设计和开发的各阶段。利用专业建模软件3D Studio MAX建立机械臂三维模型及场景,然后转换为OpenGL可以识别的3DS模型数据格式。在Visual C++开发环境中完成3DS模型数据的读取,结合OpenGL进行机械臂三维模型的重绘。根据机械臂D-H参数完成的机械臂正逆运动学求解算法,可以嵌入基于OpenGL的空间机械臂三维仿真系统中完成机械臂的运动控制和路径规划。实验结果表明,在Windows环境下以Visual C++结合OpenGL技术进行机械臂三维重构可视化研究,便于嵌入用户控制算法,可为机械臂的运动控制和路径规划研究提供依据。

模块化综合系统的重构设计

航空电子的模块化综合是提升系统综合性能的重要途径之一,重构是模块化综合系统的关键技术。对模块化综合系统的两重构形态(故障重构和功能重构)进行了详细阐述,基于模块化综合系统的体系结构,以面向对象的系统分析方法,提出了一种重构的顶层设计、故障检测和隔离、重构逻辑的设计方法,并对重构的关键要素进行了系统性探讨。

基于异步通信的综合模块化车辆电子系统软件重构

随着综合模块化车辆电子系统的逐步应用,需要进一步研究其中的系统管理及软件重构技术,以提高车辆的故障处理能力及系统可靠性水平。研究联合标准化航空电子系统架构委员会(ASAAC)航空电子系统标准中的系统管理技术,以此为基础针对车辆电子系统的特点设计及实现一种基于异步通信的系统管理及软件重构方案,给出系统管理配置的实例及系统管理软件、模块管理软件的详细说明,并在桌面和嵌入式环境下完成了试验验证。研究和试验结果表明,该方案可以有效地降低多处理模块ASAAC系统管理所使用的通信负荷,较好地应对应用软件异常退出、模块断网或断电、软件重复运行等车辆电子系统中的常见故障,能在这些有故障的情况下保证系统应用软件运行的可靠性和完备性。

基于模块化的可重构PMSM伺服驱动系统设计与实现

以PMSM电机为控制对象,为提高PMSM伺服驱动系统的扩展性、开放性及灵活性,提出基于模块化、层次化的伺服驱动控制系统设计思想。基于DSP芯片TMS320F28335进行自主开发模块化、可重构PMSM伺服驱动系统的研究;并给出可重构的PMSM伺服驱动控制系统架构规划,以实现根据实际工况快速重构控制系统,最终满足用户多样化和个性化控制需求。在搭建的PMSM伺服驱动系统平台进行速度控制模式和位置控制模式重构实验,实验结果表明所提出的可重构伺服驱动系统设计方法是可行有效的,且设计灵活,可重构性强,易于扩展。

串联工业机器人机械臂的模块化组合式设计方法

针对传统机械臂设计方法存在灵活性低、能量消耗大且刚性差的问题,提出一种新的串联工业机器人机械臂模块化组合式设计方法。首先,设定不同模块局部坐标系,通过结构体数组方式对数据库进行存储。通过受力分析构建关节受力模型,选择关节部件选型;其次,利用装配数组生成方法将选择好的关节部件依据模块化组合式设计理念,设计成两件组件式;并分析机械臂工作空间。最后实验结果表明,采用所提方法设计的机械臂各模块输出力矩均符合设计要求,机械臂性能良好,不仅灵活性高、能量消耗低;而且具有良好的刚性。

一种离散的模块化机械臂分布式自抗扰控制策略

针对模块化机械臂动力学中存在的参数不确定性及外界干扰,在参考输入受噪声影响的情况下,提出了一种离散时间模块化机械臂关节空间分布式控制策略。利用跟踪微分器获得了高质量的角位移信号及其微分信号,利用扩张状态观测器来补偿机械臂不确定非线性动力学以及外部干扰,并采用非线性状态误差反馈形成控制作用,在关节空间设计强鲁棒性的自抗扰控制器实现机械臂关节空间的轨迹跟踪控制。由于对每个关节单独设计了控制器,因此控制器结构简单,易于实现,仿真结果进一步验证了所提方案优于传统控制方法。