欠驱动冗余度空间机器人优化控制

欠驱动控制是空间技术中容错技术的重要方面.本文研究了被动关节中有制动器的欠驱动冗余度空间机器人系统的运动优化控制问题.从系统动力学方程出发,分析了欠驱动冗余度空间机器人的优化能力和控制方法;给出了主、被动关节间的耦合度指标;提出了欠驱动冗余度空间机器人系统的“虚拟模型引导控制”方法,在这种方法中采用与欠驱动机器人机构等价的全驱动机器人作为模型来规划机器人的运动,使欠驱动系统在关节空间中逼近给出的规划轨迹,实现了机器人末端运动的连续轨迹运动优化控制;通过末关节为被动关节的平面三连杆机器人进行了仿真,仿真的结果证明了提出算法的有效性.     

含有非驱动关节机器人的学习控制

含有非驱动关节的机器人的运动控制比一般的机器人要困难得多．因为非驱动关节 不能直接控制，系统属于非完全可控系统，一般的光滑反馈控制方法对这样的系统是无效的 ．本文提出了一种学习控制的方法，通过学习获得高精度的前馈控制，实现欠驱动机器人的 高精度运动控制，并在一台实际的欠驱动机器人上进行了实验，给出了实验结果．     

线驱动模块化七自由度机器人轨迹跟踪控制

阐述了一种线驱动与常规串联驱动相结合的混合设计方法．这种设计方法融合了线驱动并联机构和模块化串联机构的优点，而且混合驱动机器人的工作空间大于完全线驱动机器人的工作空间．文章首先介绍了混合驱动机器人的机构设计，也就是机器人的肩关节采用模块化串联结构，而肘、腕关节采用线驱动结构．然后利用几何分析的方法来解机器人前向运动学问题．在分析驱动线长与关节角之间变换关系的基础上，分别利用速度法和关节角增量法来计算机器人逆向运动学解．最后，使用VC++实现混合驱动机器人对直线运动轨迹进行跟踪的仿真，从而证明了文章所描述的设计方法的正确性．     

具有非驱动关节机器人基于位置和速度反馈的控制研究

本文以具有非驱动关节的水平两自由度机械手为对象，建立了其动力学数学模型，对具有非完全约束机器人的特点进行了分析。利用解非线性方程的有效方法平均值法对模型进行了处理，得到平均值系统，使模型得到简化，控制策略是基于速度位置反馈的方法控制非驱动关节，经过仿真实现，该控制方法非常有效。     

非驱动关节机器人的非线性闭环位置控制

以具有非驱动关节的水平两自由度机器人为研究对象,利用拉格朗日动力学方程,建立了具有非驱动臂的两关节机器人的动力学数学模型,此数学模型为二阶非线性微分方程。利用求解非线性方程的有效方法—平均值法,对已经建立的二阶非线性微分方程的数学模型进行了平均化处理,实现了数学模型的化简。同时提出了一种非线性闭环反馈的控制方法并对此控制方法进行了仿真。在控制仿真中,实现了对非驱动关节机器人系统的期望控制目标,并验证了模型化简和控制方法的有效性。     

关节型机器人运动学仿真及控制系统设计

关节型机器人各运动关节动态特性和控制系统的稳定性直接影响机器人以及轨迹规划的可达性。以IRB140关节型机器人为研究对象,依据标准D-H参数法和空间位姿变换理论推导出机器人正向运动学数学模型,并采用机器人逆运动学和改进后的五次多项式插值算法实现了机器人在关节空间下进行轨迹规划时各运动关节速度和加速度过渡平滑的目的。最后,搭建机器人控制系统实验平台,实验结果表明,所设计的关节型机器人控制系统能够准确、稳定的控制各关节运动,精准地完成不同运动路径下的夹取搬运任务,满足实际生产工作要求。     

钢丝绳传动机器人运动学的支路分析方法

通过研究分析一类[N+1]条钢丝绳驱动[N]个自由度机器人的运动学,其运动学可通过推导移去钢丝绳后开环链机器人关节空间与笛卡尔空间之间的运动学关系和关节空间与驱动空间之间的运动学关系来完成。在基本回路、共轴条件和传动线运动学分析的基础上,提出了用支路矩阵和等效半径矩阵描述钢丝绳传动机器人运动学的支路分析方法。根据钢丝绳传动原理,通过观察法可直接列写支路矩阵和驱动空间等效半径矩阵,从而得到了驱动空间与关节空间之间的运动学映射关系,解耦了由于钢丝绳传动导致机器人关节间的运动耦合。结合传统机器人运动学,实现了驱动空间、关节空间和笛卡尔空间完整运动学映射关系,加快和简化了钢丝绳传动机器人运动学建模和分析过程。以Stanford/JPL手指为例进行了运动学分析和仿真,验证了用支路矩阵和等效半径矩阵描述钢丝绳传动机器人运动学支路分析方法的正确性,为钢丝绳传动机构的设计、运动学分析与控制奠定了基础。     

水平运动的三自由度欠驱动机器人的位置控制

以水平运动的三自由度欠驱动机器人为研究对象,对其位置控制问题进行研究．基于分层控制思想提 出一种模糊控制系统,将欠驱动机器人末端位置控制问题进行分解,末端位置由主动关节的旋转与被动关节的伸展 或收缩组成．第1 关节按照规划的曲线运动,第2 关节和第3 关节通过动力学耦合作用运动到期望位置．主动关节 2 的控制力矩或控制电压通过对模糊逻辑控制器的输出量进行加权求和得到．采用该控制原理,通过数值仿真和实 验实现了3R 欠驱动机器人在操作空间中末端点到点的位置控制．     

三维线性倒立摆模型在双足机器人系统中的应用

机器人稳定的步行行走模式在双足机器人的控制中占有很重要的地位,提出了一种基于三维线性倒立摆的机器人行走模型。通过机器人的三维倒立摆模型得到机器人质心的位置和速度,再结合机器人的逆运动学,求得机器人各关节的关节角度,驱动机器人关节运动。从而得到机器人完整的运动轨迹。     

机器人控制系统

目前,移动机器人具有很大的开发空间。无线控制成为移动机器人必不可少的控制方式。机器人的机械结构决定了移动机器人的功能,由此来确定合适的驱动系统。再利用强抗干扰能力的无线收发一体传输MODEM模块PTR2000芯片,通过单片机对机器人关节步进电机和驱动电机进行控制,实现了数据的无线传输,来控制机器入的运作。     

空间机械臂本体与末端抓手协调运动的自适应控制方法

讨论了载体位置不受控制的漂浮基空间机械臂本体与末端抓手协调运动的自适应控制问题. 对系统的运动学、动力学分析表明, 结合系统动量守恒关系得到的系统动力学方程及协调运动的增广广义Jacobi矩阵可以表示为适当选择的组合惯性参数的线性函数. 以此为基础, 对于系统存在未知参数的情况, 设计了本体姿态与机械臂末端抓手惯性空间轨迹协调运动的自适应控制方案. 上述控制方案的显著优点在于: 不需要测量、反馈飞行器本体的位置、移动速度及移动加速度. 仿真运算, 证实了上述控制方案的有效性.     

Adaptive control of free-floating space manipulators using dynamically equivalent manipulator model

In this paper, adaptive control of free-floating space manipulators is considered. The dynamics based on the momentum conservation law for the free-floating space manipulator has non-linear parameterization properties. Therefore, the adaptive control based on a linear parameterization model cannot be used in this dynamics. In this paper, the dynamics of the free-floating space manipulator system are derived using the Dynamically Equivalent Model (DEM) approach. The DEM is a fixed-base manipulator system and allows us to linearly parameterize the dynamic equations. Using this linearly parameterized dynamic equation, an adaptive control method is developed to control the system in joint space. Parameter identification and torque calculations are done using the DEM dynamics. Simulations show that the tracking errors of the manipulator joints to a given desired trajectory become zero when the calculated torques act on the joints of the space manipulator system.     

空间机器人捕获航天器操作的避撞柔顺复合自抗扰控制

讨论空间机器人在轨捕获非合作航天器过程避免关节受冲击力矩破坏的避撞柔顺控制问题.在机械臂与关节电机之间配置一种弹簧类柔顺装置——旋转型串联弹性执行器(RSEA),其作用在于:1)在捕获碰撞阶段,可通过其内置弹簧的变形吸收碰撞产生的能量;2)在镇定运动阶段,结合避撞柔顺策略适时开、关电机,以保证关节所受冲击力矩受限在安全范围.首先,应用拉格朗日方法和牛顿-欧拉法分别得到捕获前空间机器人及目标航天器系统动力学方程;然后,结合整个系统动量守恒关系,捕获操作后速度约束关系及力的传递规律,建立捕获后两者形成联合体系统的动力学方程;最后,针对失稳的联合体系统提出一种基于复合误差的避撞柔顺自抗扰控制方案以实现其镇定控制.系统数值仿真结果表明了上述避撞柔顺策略的有效性.     

基于分布式控制系统的空间大型末端执行器抓捕策略

针对空间大型机械臂冈其关节和臂杆柔性带来的抓捕前定位问题,为一种具有柔性捕获接口的新型末端执行器设计了分布式控制系统,并建立了以捕获环收缩速度为主要控制对象的抓捕策略,可实现稳定且高效的抓捕.其中,该控制系统由传感器单元、上层控制单元和3个模块化的底层驱动单元组成.传感器单元和底层驱动单元集成在末端执行器内部,采集系统...     

模块化超冗余度空间机械臂的设计与实验

针对空间在轨服务任务需求设计了一种9自由度的模块化超冗余空间机械臂。该机械臂由9个相同的机械臂关节构成,其关节数量可根据任务要求进行调整。模块化关节采用一体化设计,关节内部合理地布置了机械传动部分与电气部分。基于改进的Bi-RRT算法和建立的机械臂的正逆运动学模型,机械臂进行了穿越复杂障碍环境的仿真和实验,实验结果表明该机械臂可以灵活地穿越障碍环境。基于阻抗控制算法,分别采用该机械臂进行了写字实验和恒力保持实验,实验结果表明机械臂具有良好的力控制能力。实验验证了该机械臂具备在复杂空间环境中执行在轨服务的能力。     

Fuzzy MTEJ controller with integrator for control of underactuated manipulators

This paper presents control of underactuated robot manipulators in task space utilizing novel algorithm called fuzzy modified transpose effective Jacobian (MTEJ) with integrator term which ensures tracking trajectory in task space with high-quality performance. Although non-model base MTEJ have been introduced before and evaluated for underactuated robots, this method has poor operation against non-linear factors in actuators and joints observed in practical tests like deadband, backlash or Coulomb damping. The contributions of this paper are in twofold. First, to introduce improved MTEJ algorithm with additional integrator term that is efficient to eliminate effects of mentioned factors or other source of steady state error (SSE). Second, using new fuzzy rules to manage its terms to stabilize system with better control properties, the controller is used to make the endeffector to both track a predefined trajectory or set on an exact point. Global stabilization of this control method is proved. Simulation and experimental results are offered which compared tracking performance of the improved fuzzy MTEJ with integrator to other methods for both tracking and point to point (P.T.P) control. Outcomes of these experiments reveal privileges of using fuzzy improved MTEJ in various areas like removing SSE with better control characteristics and low computational efforts.     

Cooperative Control of a 3D Dual-Flexible-Arm Robot

This paper discusses cooperative control of a dual-flexible-arm robot to handle a rigid object in three-dimensional space. The proposed control scheme integrates hybrid position/force control and vibration suppression control. To derive the control scheme, kinematics and dynamics of the robot when it forms a closed kinematic chain is discussed. Kinematics is described using workspace force, velocity and position vectors, and hybrid position/force control is extended from that on dual-rigid-arm robots. Dynamics is derived from constraint conditions and the lumped-mass-spring model of the flexible robots and an object. The vibration suppression control is calculated from the deflections of the flexible links and the dynamics. Experiments on cooperative control are performed. The absolute positions/orientations and internal forces/moments are controlled using the robot, each arm of which has two flexible links, seven joints and a force/torque sensor. The results illustrate that the robot handled the rigid object damping links' vibration successfully in three-dimensional space.     

柔性臂漂浮基空间机器人建模与轨迹跟踪控制

利用拉格朗日法和假设模态方法建立了末端柔性的两臂漂浮基空间机器人的非线性动力学方程．通过坐标变换,推导出一种新的以可测关节角为变量的全局动态模型，并在此基础上运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法得到关节相对转角与柔性臂的弹性变形部分解耦形式控制方程．最后，讨论了柔性臂漂浮基空间机器人的轨迹跟踪问题，并通过仿真实例计算,表明该模型转换及控制方法对于柔性臂漂浮基空间机器人末端轨迹跟踪控制的有效性．