下肢康复训练机器人协作控制与S型规划算法研究

针对下肢康复训练机器人协作控制与S型规划算法展开研究,寻找能够降低机器人驱动器控制过程中冗余振动的方法.首先利用指数积(POE)法建立了各关节连杆的相对转换关系;然后针对下肢康复机器人的特点,应用拉格朗日法求解机器人动力学问题,针对模型参数采用辨识方法实现了动力学参数获取,进而实现了下肢康复训练机器人协作控制;最后提出一种S型轨迹插补规划方法,根据定义的限制条件值给出了所有可能的轨迹形状,并且保证没有机械谐振激励.实验结果表明:协作控制与S规划算法对机器人操作性能有很大的提升,同时对于机器人的精确运动控制有着重要的意义.

利用CNC多维约束的S型速度规划

经典控制模型中存在时间过耦合,而速度规划与实时轨迹控制都与时间关联,导致实时计算量、规划与控制协调性等不足的问题,提出利用CNC多维约束的S型速度规划方法.首先建立双重反馈的控制模型,内反馈继承经典控制模型将时间反馈到控制器,外反馈将非时间反馈到规划器;然后将影响速度规划的因素分为时间相关与时间无关,与时间相关因素在控制器中实时控制,与时间无关因素在规划器中进行非时间速度规划;在规划器中建立基于轨迹路径长度、轨迹几何特性、运动参数以及程序行号等信息的多维约束模型;最后以路径长度代替时间作为运动参考量,结合多维约束模型,考虑轨迹的几何特性与路径长度映射关系,使轨迹特性与非时间建立具有空间性关联.通过MATLAB仿真对控制模型的抗干扰能力进行验证,并通过CODESYS软件编程和实验的结果表明,所提方法是可行和有效的.

基于Machinekit的S型曲线前瞻规划算法

针对Machinekit运动控制平台的速度规划算法存在的加速度突变,拐点速度不平滑等缺点,提出了一种计算简单,速度变化更加平滑,基于剩余位移量前瞻的S型速度规划算法及其离散化计算优化的方法。在分析Machinekit运动控制架构和规划算法的基础上,重新设计其速度规划算法和添加前瞻计算模块,并通过比较离散化与连续化计算情况下的优劣来进行算法优化。通过实验平台的测试,S型曲线前瞻规划算法能够有效地减少机床高速运行中的抖动和速度过冲现象,并且基于Machinekit可适用于不同的数控设备,满足实际工业生产中的运动控制需求。

S型速度规划下NURBS曲线双向插补算法

为了避免NURBS曲线单向插补算法中加速度突变过大、减速点定位不准确、低速拖尾补偿等弊端,提出一种S型速度规划下的双向插补算法.基于曲线预插补点自适应速度集合筛选出减速终点;利用正反插补的互逆性简化了S型速度规划计算;详细论述了实时插补流程;在双向插补交叉区域,设计一种基于加速度微小突变的简易迭代方法修正预插补参数.通过MATLAB仿真实验表明该算法计算量小,插补点速度和加速度平稳,插补曲线满足加工误差要求.

一种改进机械臂轨迹规划算法研究

传统S型加减速规划算法计算量大及机器人存在最大速度、最大加速度、最大加加速度的阈值,难以根据时间参数规划出一条用时最短曲线。为解决此问题,文中提出一种采用非线性跟踪微分器动态调参加减速规划算法。首先,在传统S型加减速规划的基础上,引入了自抗扰控制技术中的非线性跟踪微分器(Nonlinear Tracking Differentiator);其次,利用跟踪微分器的离散表达形式得到了加加速度、加速度、速度和位移随时间变化的曲线;最后,跟踪微分器以位移、最大速度、最大加速度及最大加加速度为限制参数,能够规划出用时最短的曲线。仿真试验结果表明,改进的S型加减速规划算法能够将运行时间缩短27.5%,有效地提高了系统的工作效率。

小线段S型加减速方式高速衔接算法

针对连续小线段拐角处衔接速度受夹角影响,导致过渡速度低且易引起机床振动等问题,研究了利用圆弧光滑连续小线段建立多周期匀速衔接数学模型,提出通过转接的几何约束和运动约束以及转接参数的计算,来实现多周期匀速衔接高速插补的方法。同时采用离散S型加减速规划实现加工速度和加速度的连续。通过仿真验证了该方法的有效性和实用性。该方法在满足加工精度的前提下,使数控机床的柔性提高,降低了机床的振动。

泵控液压垫预加速阶段最优控制策略

针对国产液压垫位置控制精度差,生产效率低的问题,提出了一种基于S型曲线规划方法的最优控制策略。首先,分析了泵控液压垫预加速阶段高精度的控制要求,提出了S型曲线规划方法来减小系统运行过程中的冲击振动;其次,构建了最优控制二次型函数,并设计了基于速度位置复合控制要求的最优控制策略;最后,搭建了泵控液压垫模拟实验台,对提出的控制策略进行试验研究。结果表明,基于S型曲线规划的最优控制策略相比于传统的PID控制,速度和位置控制都可以获得较好的控制效果,将为电液伺服泵控液压拉伸垫的工程推广与应用奠定良好的基础。

2自由度绳索牵引并联机器人的高速点到点轨迹规划方法

合理的轨迹规划方法可以提高机器人运动控制的平稳性、快速性和工作效率。当前绳索牵引并联机器人的轨迹规划方法主要采用多项式函数和三角函数满足平稳性要求,但规划算法复杂、快速性较差。针对一种2自由度绳索牵引并联机器人,根据动力学模型推导绳索拉力的单向性约束条件,提出一种新的点到点轨迹规划方法——S型-梯形组合规划方法。考虑到具体的点到点轨迹包含若干个需要依次到达的目标点,构成起始段、中间段和终止段三种不同的运动段,故采用S型-梯形组合规划方法分别设计这三种运动段的速度曲线,使得机器人在起始点和终止点的加速度为零,而中间若干点的加速度不为零,实现动态轨迹规划。仿真试验表明所提出的规划方法不仅可以满足绳索拉力的单向性约束条件,且加速度为简单的一次曲线,可以实现高速的点到点运动。

基于速度前瞻的双轴直线电机交叉耦合控制策略

为进一步提高双轴直驱型工作平台的加工精度,减小平面轮廓误差,并增强整体系统结构鲁棒性和响应速度,提出一种基于速度前瞻型双轴直线电机交叉耦合控制策略。首先建立基于双轴直线电机的数学模型,并改进自适应插补算法,设计能够适应广泛路径类型的交叉耦合轮廓误差控制器。同时利用双环滑模控制算法设计单轴电机控制器,该控制器可以提高电机对干扰做出反应的速度,并及时调整输出。为降低机械冲击和结构振动,利用速度前瞻控制器,提前根据曲率变化对路径进行S型速度规划,给出插补速度,实现了柔化运动过程,减小系统机械振荡的目的。实验结果表明,该控制方法能够明显地提高系统的控制性能,减小系统的轮廓误差,提高控制精度。

永磁同步直线电机自适应反演滑模控制

针对永磁同步直线电机系统的非线性、强耦合、多变量的特点,以及容易受参数变化和外界扰动的影响,提出了一种基于幂指数切换控制律的自适应反演滑模控制方法。采用sigmoid函数替代符号函数,有效地抑制了滑模控制的抖振现象。设计了三次多项式S型速度规划,并将该速度规划作为伺服系统的指令位置输入。仿真与实验结果表明,与传统的三闭环PID控制相比,自适应反演滑模控制具有较好的响应性能、跟踪性能和鲁棒性强、定位精度高,很好地满足高速高精度的运动要求。

基于运动控制的加减速阶段减振方法研究

运动控制系统起停时的振动抑制一直都是运动控制系统设计的难,点。设计了一个二阶运动控制系统,研究实际工程中引起系统起停时振动的原因,发现在实际工程中,运动控制系统并不是关于电机的单输入系统,还有摩擦或者系统连接等引起的系统振动。由拉格朗日-欧拉方程建立系统运动微分模型,设置约束条件抑制系统起停时的振动,通过约束条件来规划S型加速度各段的参数值。仿真验证表明,算法保证了运动控制系统在起停时的振动为零,从而使所设计的控制算法提高了工作效率。所设计的算法计算量少,方便应用于各种简单的控制器设备中。

高精度轮廓控制的抛光机构控制系统设计

抛光是提高自由曲面表面精度的一种重要手段,气囊抛光法做为近年来出现的实用性较高的抛光方法之一,日渐得到广泛应用.首先,根据气囊抛光的工作机理和七轴混联设备模型,提出采用以Power UMAC运动控制器和工业电脑为核心的气囊抛光运动控制系统,利用运动控制器的动态链接库设计开发了软件平台,制作了便于使用的人机交互界面.其次,对控制系统进行运动规划,在S型曲线的基础上,以对加加速度进行梯形规划为出发点,使用7阶S型曲线针对速度和加速度同时进行规划,使加减速过程更加平滑,减小冲击与振动.最后,通过对抛光轨迹的轮廓误差进行建模分析,根据误差模型编写控制算法,对轮廓误差进行补偿,并进行仿真实验,与未经过算法优化的轮廓误差数据进行对比,证明所使用的误差控制补偿算法能够有效的减小轮廓误差.