七轴机械臂避奇异轨迹规划

为有效解决机械臂在避奇异轨迹规划时关节角度可能达到关节极限的问题,以思灵机器人公司的七轴机械臂为研究对象,通过微分法建立了机械臂的雅可比矩阵;通过分析可操作度来评估机械臂是否接近奇异态;利用阻尼最小二乘法确定机械臂避奇异的关节角速度;利用零空间下的自运动,限制关节角速度防止其达到运动极限,并提出了新的自运动计算方法。最后,将避奇异的关节角速度与自运动的关节角速度相结合,得到了机械臂的最终关节角速度。通过对比实验和仿真结果,验证了所提计算方法的有效性,有效解决了机械臂在避奇异时关节角度处于极限位置而停止运动的问题。

基于自运动控制的冗余度机器人运动学优化

基于自运动变量与雅可比矩阵零空间矢量的关系,提出了冗余度机器人自运动变量选取的新方法。基于线性化思想,建立了冗余度机器人运动学性能指标统一的表达式,并推导了性能指标的自运动变量解析式。利用非线性反馈,建立了基于自运动变量的优化控制系统,从而提出了冗余度机器人优化控制的新算法。该算法减少了系统的状态变量,从而简化了优化控制系统,比起以往的优化算法,如梯度投影法等,具有运算量小、优化能力强等优点,特别是在多冗余度机器人控制系统中具有很高的应用价值。利用计算机仿真证实了所提优化方法的可行性。

存在关节死区的空间机器人无扰快速终端滑模控制

针对机械臂一般操作过程中运动学的非完整特性进行运动规划时没有考虑机械臂与待抓取目标之间的关系与关节的实际特性,研究了存在关节死区的漂浮基平面三连杆空间机械臂拦截目标前最后阶段的载体无扰动空间规划与控制.首先根据拉格朗日第二类方程,建立存在关节死区的载体位姿均不受控的漂浮基平面三连杆空间机械臂的动力学模型,推导出三连杆空间机械臂反作用零空间的数学模型,并对反作用零空间进行向量范数约束算法研究;进而提出了一种具有抗干扰性与高收敛性的非奇异快速终端滑模控制算法实现系统的姿态无扰控制,该方法采用变系数双幂次趋近率与非奇异快速终端滑模面相结合的方式,提高系统状态收敛速度与抗干扰性.为了消除机械臂关节存在的死区特性,设计了自适应死区补偿器,通过自适应控制来逼近死区特性的上界,以消除关节死区对系统带来的影响,确保跟踪控制的有效执行.最后基于Lyapunov函数法证明了系统的稳定性,并通过系统数值仿真结果验证了存在死区情况下机械臂的各关节角跟踪上无反应空间下的期望轨迹的同时载体的姿态处于稳定状态,验证了所提方法的有效性.

五棱锥SGCMGs失效时奇异构型几何分析及操纵律设计

单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的奇异构型几何分析及相应的操纵律设计是其在使用中遇到的主要问题。针对五棱锥SGCMGs构型及其单只失效后的奇异情况进行几何分析,考虑五棱锥构型单只SGCMG失效后显奇异点深入角动量体内部这一特性,设计了一种既能充分利用零空间运动,又能实现显奇异点规避的SGCMGs操纵律。仿真分析结果表明:设计改进后的操纵律能在有效解决五棱锥SGCMGs构型中单只陀螺失效后带来内部复杂奇异问题的同时,实现控制精度的大幅提升。