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七轴机械臂避奇异轨迹规划
1
作者
周嘉文
刘相权
+1 位作者
张晓磊
白宇珅
《北京信息科技大学学报(自然科学版)》
2023年第6期56-63,共8页
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...
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。
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关键词
奇异回避
关节极限
零空间
自运动
轨迹规划
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职称材料
基于自运动控制的冗余度机器人运动学优化
被引量:
8
2
作者
叶平
孙汉旭
张秋豪
《机械工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2004年第12期128-132,共5页
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...
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。
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关键词
冗余度机器人
自运动
零空间矢量
运动学优化
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职称材料
存在关节死区的空间机器人无扰快速终端滑模控制
3
作者
张智豪
于潇雁
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第3期777-785,共9页
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...
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.
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关键词
空间机器人
反作用零空间
关节死区
预抓取阶段运动规划
快速终端滑模控制
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职称材料
五棱锥SGCMGs失效时奇异构型几何分析及操纵律设计
4
作者
王焕杰
刘禹
张召弟
《上海航天》
CSCD
2018年第4期35-41,共7页
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...
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。
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关键词
单框架控制力矩陀螺
几何分析
五棱锥
构型失效
显奇异点
隐奇异点
零运动
操纵律设计
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职称材料
题名
七轴机械臂避奇异轨迹规划
1
作者
周嘉文
刘相权
张晓磊
白宇珅
机构
北京信息科技大学机电工程学院
北京思灵机器人科技有限责任公司
出处
《北京信息科技大学学报(自然科学版)》
2023年第6期56-63,共8页
文摘
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。
关键词
奇异回避
关节极限
零空间
自运动
轨迹规划
Keywords
singularity avoidance
joint limit
null
space
self-
motion
trajectory planning
分类号
TP241 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
基于自运动控制的冗余度机器人运动学优化
被引量:
8
2
作者
叶平
孙汉旭
张秋豪
机构
北京航空航天大学机器人研究所
北京邮电大学自动化学院
出处
《机械工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2004年第12期128-132,共5页
基金
国家863高科技资助项目(2002AA742030)。
文摘
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。
关键词
冗余度机器人
自运动
零空间矢量
运动学优化
Keywords
Redundant robot Self-
motion
null
-
space
vector Kinematic optimization
分类号
TP242 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
存在关节死区的空间机器人无扰快速终端滑模控制
3
作者
张智豪
于潇雁
机构
福州大学机械工程及自动化学院
福州大学流体动力与电液智能控制福建省高校重点实验室
出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第3期777-785,共9页
基金
国家自然科学基金(51741502)
福建省自然科学基金(2020J01450)
福建省工业机器人基础部件技术重大研发平台(2014H21010011)资助项目。
文摘
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.
关键词
空间机器人
反作用零空间
关节死区
预抓取阶段运动规划
快速终端滑模控制
Keywords
space
robot
reaction
null
space
joint dead-zone
motion
planning in pre-grasping phase
fast terminal sliding mode control
分类号
TP241 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
五棱锥SGCMGs失效时奇异构型几何分析及操纵律设计
4
作者
王焕杰
刘禹
张召弟
机构
上海航天控制技术研究所
上海市空间智能控制技术重点实验室
出处
《上海航天》
CSCD
2018年第4期35-41,共7页
文摘
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。
关键词
单框架控制力矩陀螺
几何分析
五棱锥
构型失效
显奇异点
隐奇异点
零运动
操纵律设计
Keywords
single gimbal control moment gyro
geometric analysis
five pyramid configuration
invalid configuration
impassable singularity
passable singularity
null space motion
steering law design
分类号
V448.22 [航空宇航科学与技术—飞行器设计]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
七轴机械臂避奇异轨迹规划
周嘉文
刘相权
张晓磊
白宇珅
《北京信息科技大学学报(自然科学版)》
2023
0
下载PDF
职称材料
2
基于自运动控制的冗余度机器人运动学优化
叶平
孙汉旭
张秋豪
《机械工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2004
8
下载PDF
职称材料
3
存在关节死区的空间机器人无扰快速终端滑模控制
张智豪
于潇雁
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
0
下载PDF
职称材料
4
五棱锥SGCMGs失效时奇异构型几何分析及操纵律设计
王焕杰
刘禹
张召弟
《上海航天》
CSCD
2018
0
下载PDF
职称材料
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