铆接机器人位置和压铆力自适应模糊滑模阻抗控制

针对机器人铆接小尺寸、低刚度铆钉过程中对准精度要求高、作业行程小和冲击力大等问题,提出了一种结合自适应模糊滑模控制和模糊阻抗控制的机器人铆接控制方法。为此,将机器人铆接控制过程分为接近对准与压铆两个阶段。其中,为了实现快速接近铆钉顶部以及铆接头与铆钉轴线的精确对准,设计了以双曲正切函数为切换函数的模糊自适应滑模控制器,使得切换过程更加光滑、滑模增益自适应调节,从而降低了系统的抖振,实现了运动的快速性和准确性;针对压铆阶段作业行程小、冲击力大的特点,设计了以接触力误差和力增量为输入的阻尼调整模糊控制器,减少了阻尼参数在阻抗控制过程中产生的振荡,避免了过度力加载导致的铆钉损坏或铆接失败。仿真及试验结果表明,所给出的控制方法位置精度在0.3 mm以内,力接触具有更好的稳定性、实时性和快速性,能够满足铆接工艺规范要求,对于铆接机器人的高精度作业具有借鉴意义。

机械臂力/位跟踪的无源自抗扰控制器设计

为了提高全方位移动机械臂的力/位跟踪控制精度,设计了无源自抗扰控制器。介绍了全方位移动机械臂工作原理,基于拉格朗日方程建立了移动机械臂系统的动力学方程。根据严格无源系统定义,证明了全方位移动机械臂系统的无源特性。以自抗扰控制为基础,通过定义新变量对扩展状态观测器进行改进;针对机械臂系统的无源特性,设计了无源自抗扰控制器。在扰动工况下进行仿真验证,改进扩展状态观测器的扰动估计误差远小于传统扩展状态观测器,且估计速度快于传统扩展状态观测器;无源自抗扰控制器的跟踪累计绝对误差远小于传统自抗扰控制,说明无源自抗扰控制的控制精度高于传统自抗扰控制。仿真结果证明了无源自抗扰控制在全方位移动机械臂控制中的高精度和优越性。

基于力觉伺服轨迹规划的磨抛工业机器人曲面跟踪控制研究

为进一步提升工业机器人磨抛自由曲面时的轨迹跟踪控制技术,设计一种自由曲面磨抛轨迹自动生成方法。生成工件的STL模型,利用Bezier三角曲面拟合方法得到工件的拟合曲面,基于螺旋式磨抛轨迹实现自由曲面轨迹规划;利用等参数法和轨迹偏置的方法生成全部的轨迹,根据曲线路径曲率的变化,自适应调节控制点的间距,避免了曲线偏置时的干涉问题;在工业机器人腕处安装6D力传感器,利用力/位置混合控制方法对工业机器人进行运动轨迹跟踪控制。通过实验平台测试,验证该方法能够有效地进行曲面跟踪控制。

基于辅助变量的终端阻抗滑模六足机器人足端控制

针对复杂环境下六足机器人足端力/位跟踪控制问题,提出一种基于辅助变量的终端阻抗滑模六足机器人足端控制方法来实现复杂环境下六足机器人的稳定运动。首先,该方法引入广义阻抗模型实现复杂环境下六足机器人足端位置和力的动态调节;其次,引入终端滑模控制方法提高系统的鲁棒性以及足端力/位跟踪误差收敛性能;然后,设计动态补偿器以及新型的辅助变量,构建桥梁,从而建立了结合终端滑模控制以及广义阻抗控制的复合控制框架;之后,通过Lyapunov理论证明了控制器的稳定性;最后,在六足机器人三自由度机械腿模型上与滑膜阻抗控制方法(SMIC)进行了对比仿真验证,仿真结果证明了与结合线性滑模面的滑模阻抗控制方法相比,所提控制方法具有更好的足端力/位跟踪精度以及更快的跟踪误差收敛速度。

高速动车组制动过程的建模及跟踪控制

通过分析动力分散式高速动车组多动力单元制动过程中制动力和速度之间的关系,根据动车组制动过程中的运行数据和制动特性曲线,建立高速动车组制动过程多动力单元的分布式三阶自回归模型;采用多变量广义预测控制方法,实时生成各动力单元所需制动力,实现制动过程中对动车组各动力单元给定速度的跟踪控制。采用MATLAB软件和给出的建模方法以及跟踪控制方法,以CRH380A型高速动车组为例进行跟踪控制仿真。结果表明:由仿真计算得到的动力单元速度与其实际速度的最大正负误差之绝对值均小于2km·h^(-1),均方根误差小于1km·h^(-1),均满足高速动车组运行过程的速度误差要求,验证了所建模型的准确性;高速动车组在制动过程中各动力单元对给定速度跟踪控制的最大绝对误差仅为0.195 8km·h^(-1),大大优于传统的多变量比例积分微分控制方法,满足制动过程中对动车组运行安全、舒适和停靠准确的要求。

水下机械手不确定遥操作自适应双边控制

针对水下机械手遥操作过程中数学模型及外部干扰引起不确定问题提出了自适应双边控制策略。对主机械手模型参数与外部干扰引起的不确定,设计了基于名义模型的参考自适应阻抗控制律,根据主手力与从手力误差来调节期望模型的参考位置,利用自适应控制律补偿模型不确定性。针对从机械手的不确定性采用径向基函数(RBF)神经网络进行自适应补偿,通过设计滑模变结构控制器与鲁棒自适应控制器消除逼近误差,满足了从机械手对主机械手位置跟踪。设计了李雅普诺夫函数证明跟踪性能与全局稳定性,保证力-位置跟踪的渐进收敛性能。结果表明:整体控制在模型不确定及外部干扰条件下具有很好的力-位置跟踪能力,整体系统具有稳定性和可靠性,并且具有鲁棒性及自适应控制能力。

热轧带钢终轧温度控制模型的应用研究

为了适应加速轧制时高精度终轧温度控制的要求,在机架间冷却单元的基础上开发了在线自适应、前馈与反馈相结合的在线终轧温度控制模型,并现场测试了机架间冷却阀门的开度和流量曲线。结果表明,该模型对于提高终轧温度控制精度是有效的。

基于自适应迭代的机器人曲面恒力跟踪

针对利用机器人进行打磨、抛光、去毛刺等场合时末端执行器对曲面工件轮廓跟踪时难以得到恒定接触力的问题,对机器人末端执行器和工件轮廓接触时的接触力进行研究,建立了实际跟踪过程中机器人末端执行器的接触力和已知传感器坐标系的映射关系,提出了一种基于自适应迭代学习算法的机器人力/位混合曲面恒力跟踪控制方法。该方法由两部分组成:基于机器人和环境接触时的阻抗模型设计了迭代学习控制律,在PD反馈控制的基础上通过迭代项克服机器人的未知参数和不确定性,并构建Lyapunov能量函数证明所提控制律的收敛性;将迭代学习控制律和力/位混合曲面恒力跟踪控制方法结合起来设计了用于曲面工件轮廓跟踪的控制方法。实验结果显示,经过15次迭代,接触力的波动范围逐渐变小并稳定在±3 N之内,验证了所提方法的有效性。

基于复合粒子群自适应液压伺服系统力跟踪控制与试验

为提高液压伺服系统力跟踪控制性能,针对不同环境模型及变期望力条件下,液压伺服系统末端位置力跟踪存在稳态误差及动态特性差问题,提出一种复合粒子群自适应阻抗控制策略。在建立液压伺服系统数学模型和阻抗模型基础上,根据环境刚度及力偏差,采用模糊算法确定阻抗参数范围,结合莱维飞行粒子群快速通过局部与全局搜索确定不同环境刚度下的阻抗参数,采用三次样条插值拟合阻抗参数随环境刚度变化方程;分析末端位置力跟踪稳态误差原因及并建立数学模型,根据末端位置力及当前末端位置,利用自适应算法估计环境刚度与环境位置,对期望位置补偿并选择阻抗参数。通过Matlab-Adams虚拟样机仿真,验证复合粒子群自适应阻抗算法对液压伺服系统力跟踪有效性。二连杆串联机构台架试验结果表明,采用复合粒子群自适应阻抗策略液压伺服系统力跟踪控制,末端位置稳态误差范围0~1,在期望力发生变化时,力跟踪动态性能良好。研究为液压伺服驱动足式农业移动平台及大型农业采摘机械臂末端位置力控制设计提供参考。

多关节机器人的模糊自适应阻抗控制研究

为改进机器人位置和力跟踪的实时性、稳定性,提出了一种多关节机器人模糊自适应阻抗控制算法。在接触空间对多关节机器人进行自适应阻抗控制研究,设计了模糊自适应阻抗控制器,并运用模糊控制对目标阻抗控制参数进行动态调整。该算法具有很好的平滑性和稳定性,能有效地适应环境的变化。最后,以PUMA560机器人前三关节为对象进行仿真研究。仿真结果表明,该算法能很好地跟踪动车组侧窗玻璃安装机器人的位置和接触力。

自旋稳定卫星海上测控姿章联控及实现

介绍了同步轨道自旋稳定卫星海上姿态章动联合控制原理。通过分析等倾角进动过程,建立了理论与实际执行角、同步脉冲执行次数和时延的计算模型,并给出了姿章联控系统的组成及实现过程。

跟踪微分器在PIDNN改进策略中的应用

针对冷轧液压位置自动控制系统中,PID神经网络(PIDNN)控制器在系统控制的初始阶段存在输出超调、输入信号被干扰时无法学习的问题,提出了将跟踪微分器(TD)与PIDNN融合组成TD-PIDNN系统,对输入信号设置过渡过程和滤除噪声干扰。TD-PIDNN控制器与常规PIDNN控制器进行仿真对比,结果表明:TD-PIDNN的控制效果较PIDNN有明显提高,在输入存在峰峰值为0.1的随机干扰情况下,TD-PIDNN的输出超调仅为0.24%,证明该方法可应用于生产实际。

串联弹性驱动器的控制策略应用于工业机器人

为提高工业机器人的控制及示教水平,首先设计串联弹性驱动器关节机械臂零力控制系统和比例-积分-微分(proportion integration differentiation,PID)位置控制系统,然后搭建MATLAB仿真系统,最后采用串联弹性驱动器力跟踪实验的方法,研究了串联弹性驱动器关节机械臂零力控制系统的正确性和控制算法的可行性。结果表明:设计的机器人零力控制系统和控制策略能够提高机器人的柔顺性和控制效率。可见,基于力/位置混合的驱动控制方法,在实现机器人在到达指定位置的同时,能够提高机器人示教水平。

非线性不确定机器人复合滑模非脆弱H_(∞)位/力控制

针对非线性不确定机器人面临参数不确定性、控制器增益摄动及外界干扰的问题,在其终端受环境约束的情况下,提出一种基于多项式平方和(sum of squares,SOS)理论的复合滑模非脆弱H_(∞)(composite sliding non-fragile H_(∞),CSNH)位/力控制策略。首先,建立了机器人降阶动力模型和误差状态空间模型。其次,根据所提的复合位/力滑模面,基于Lyapunov稳定性理论设计一种具有H_(∞)扰动抑制的非线性变参数滑模非脆弱状态反馈控制器,给出控制器存在条件和求解方法。仿真结果表明,CSNH控制能够在不确定性和外部干扰作用下,使机器人快速、精确地跟踪位/力指令,体现出了良好的鲁棒性、抗干扰性及非脆弱性。

中频退火装置感应线圈定位和焊缝跟踪系统在HFW焊管生产线上的应用

中频退火装置在焊管生产线上的作用较大,其感应线圈对焊管焊缝的热处理效果除了取决于中频电源的设计外,还与感应线圈是否有效定位在焊缝处有着密切的关系。介绍了一种中频退火装置感应线圈定位和焊缝跟踪系统在宝山钢铁股份有限公司HFW焊管生产线上的应用情况,该系统的设备组成结构、工作原理和功能使用要点,以及该系统进行钢管焊缝跟踪和根据产品规格进行线圈定位调整的方法。实际应用表明,该系统应用效果良好,具有一定的推广价值。

大型薄壁构件激光焊接随焊压紧和焦点自动跟踪技术研究

为满足大型薄壁构件搭接焊接工艺对搭接间隙和焦点位置的要求,研制了一种具有随焊压紧和焦点自动跟踪功能的焊接技术及装置。通过电容传感器实时检测参考面的位置,结合信号处理系统及机床系统Z轴的补偿运动,完成对工件压紧力和焦点位置的闭环控制,实现了焊接过程中对薄壁构件的随焊压紧和焦点自动跟踪,避免了由于焊接变形和工件轮廓加工误差对焊接质量的影响。采用研制的焊接装置进行了焊接试验,达到了预期功能。

船用电动直驱舵机内力抑制研究

针对电动直驱舵机位置控制模式下系统内力较大的问题,本文建立了电动直驱舵机运动学方程,明确了伺服电机转角、电动缸位移和舵机转角三者函数关系。基于电动直驱舵机运动学方程,结合双缸同步运转条件,分析舵机位置控制模式下的内力形成机理。考虑到舵机转角与电动缸位移间的三角函数关系,提出了舵机转角的自适应控制算法和基于力补偿方法的内力抑制策略。运用Matlab和ADAMS联合仿真平台进行算法验证,仿真结果表明:自适应控制器可保证响应信号对指令信号的无差别跟踪,同时引入力补偿器后的双缸驱动力幅值减小90%以上,说明了控制策略的有效性。

机械臂与环境交互的位置/力切换抑制振动方法

当机械臂执行位置/力的混合跟踪任务时,位置控制一般用于机械臂的自由运动阶段,力控制一般用于约束运动阶段。这种位置/力切换的控制结构既能实现与环境接触前对机械臂位置的精确控制,也能保证接触后对期望控制力的准确跟踪。由于开关系统本身存在的切换不稳定性,机械臂在以一定的速度与环境接触时,机械臂执行器会在环境表面振动甚至弹跳。针对此问题,提出了一种半主动阻尼阻抗学习方法,该方法主要包含两部分:基于位置/力切换控制的半主动阻尼控制器;基于一种逆秩拟牛顿法(broyden fletcher goldfarb shanno,简称BFGS)的阻抗学习算法,根据学习到的环境参数调节半主动阻尼,实现机械臂在接触面的振动抑制和平稳过渡。在仿真及实验中,应用提出的方法让机械臂与不同环境交互,结果表明:该方法能很好地抑制接触过渡阶段的超调力,并防止机械臂在切换过程中的振动,实现了柔顺接触和平稳过渡。

机器人手臂力控制系统GRAFC

本文介绍了一机器人手臂力控制系统及在其上实现的部分力控制作业.此系统以 PUMA 760机器人为本体,以 NKRC-4机器人控制器为基础,采用两级控制结构:上层负责规划、监控,完成力传感信息、视觉信息的采集和处理,接收来自底层的位置反馈信息,并根据一定的控制算法产生控制命令下送给底层;底层完成伺服控制.该系统具有通用性和较强的可靠性。适于各种控制方案和算法的实现.在此系统上我们成功地进行了定力控制、未知表面的跟踪与恢复、精密轴孔装配等作业,验证了系统的性能.

多关节机器人的自适应阻抗控制研究

为了对动车组侧窗玻璃安装机器人末端接触力进行控制研究,在阻抗控制的基础上,提出了一种多关节机器人自适应阻抗控制算法,该算法能实现机器人末端接触力准确跟踪期望力。以PUMA560机器人前三关节为对象在接触空间进行仿真研究,仿真结果表明,基于自适应阻抗控制方法能很好地对动车组侧窗玻璃安装机器人的位置和力进行跟踪。