高速平面6杆并联机器人运动学建模与误差分析

并联机器人具有负载能力强、运动速度快和刚度大等优点,弥补了串联机器人的不足,使得并联机构成为一个潜在的高速度、高精度运动平台。平面6杆并联机器人改善了经典平面5杆并联机构工作空间内存在较多的奇异性和承载能力差、刚度低的缺陷。基于高速平面6杆并联机器人结构,建立了运动学正向和逆向求解模型;针对机构存在的基座定位误差、驱动角误差和连杆加工误差对控制精度的影响进行了系统、深入地研究,为实现机器人结构的最优化设计和高速、高精度控制,奠定了理论基础。     

混合驱动柔索并联机器人的设计与分析

为了使柔索并联机器人高效率、大负载、高性能的运动输出,根据并联机器人机构结构综合理论,设计一种新型混合驱动柔索并联机器人机构,给出机构虚拟样机模型,该机构通过混合驱动平面五连杆并联机构驱动柔索牵引末端执行器完成期望轨迹跟踪运动。基于牛顿—欧拉方法,建立混合驱动柔索并联机器人系统的动力学方程,结合实例进行力学分析和数值仿真。结果表明,混合驱动柔索并联机器人机构设计合理,数学模型正确,为混合驱动柔索并联机器人物理样机设计制造和控制系统的设计提供了理论依据。     

球面两自由度冗余驱动并联机器人弹性动力学分析

建立了球面2-DOF冗余驱动并联机器人弹性动力学模型。将机器人系统的6个空间弯杆划分为6个子结构,考虑空间弯杆的弯曲、拉伸和扭转变形,基于有限元法求出了各子结构的弹性动力学模型;根据转动副的约束特点以及各分支与输出轴的变形协调约束关系,将子结构组装成3个分支并进行装配,得到系统的弹性动力学模型;将理论计算与有限元仿真得到的机构在初始位置时的固有频率进行对比,验证了系统弹性动力学模型的正确性。通过对比分析球面2-DOF非冗余与冗余驱动并联机器人输出端的动态响应,验证了冗余驱动的引入可以明显减小机器人输出端的最大弹性位移。研究结果为含有空间弯杆并联机器人的结构优化设计以及振动分析提供了理论依据。     

并联机器人动态滑模轨迹跟踪控制研究动

并联机器人是机器人研究与应用的重要部分,它具有刚度大、承载能力强、位置误差不积累等一系列优点,但它本身高度的非线性和强耦合性,使对其精确控制极为困难。针对以交流伺服电机驱动的六自由度并联机器人机构,分析了其运动学逆解,进行了轨迹规划,设计了动态滑模变结构控制算法,建立了机器人支路的仿真模型,完成了对支路的期望运动轨迹的跟踪。仿真结果表明该算法系统抗干扰能力强,具有快速有效跟踪期望轨迹的优良性能。     

并联机器人动态滑模轨迹跟踪控制研究

并联机器人是机器人研究与应用的重要部分,它具有刚度大、承载能力强、位置误差不积累等一系列优点,但它本身高度的非线性和强耦合}生,使对其精确控制极为困难.针对以交流伺服电机驱动的六自由度并联机器人机构,分析了其运动学逆解,进行了轨迹规划,设计了动态滑模变结构控制算法,建立了机器人支路的仿真模型,完成了对支路的期望运动轨迹的跟踪.仿真结果表明该算法系统抗干扰能力强,具有快速有效跟踪期望轨迹的优良性能.     

2-PRR并联机构刚柔动力学仿真分析

用三维软件对2-PRR并联机构进行了设计及建模,在ANSYS中对连杆构件用柔性化处理替换了原来的刚性体,通过计算分析了其动力学模态特性。在ADAMS中对2-PRR并联机构进行了运动学和动力学仿真,验证了该机构的正、逆解,并得到了驱动滑块上的驱动力矩变化特性曲线。研究结论为并联机构在雕铣机床和平面抓取机器人中的设计和选用提供了理论依据。所研究的2-PRR并联机构已经在平面雕铣、机器人平面抓取、农业采摘等装备上得到应用。并联机构的动力学分析(正、逆两类问题)是并联机构在机器人、机床动力分析、整机动态设计、动力学尺度综合、控制器参数整定和伺服电机选配的理论基础。     

3-RSS同轴驱动布局并联机构的打磨机器人设计与运动分析

针对目前串联型打磨机器人在打磨球面时存在刚度不足的问题,提出一种3-RSS同轴驱动布局并联机构工具型打磨机器人.同轴驱动布局是将驱动布置在同一轴线,主体由基柱和3组可以绕基柱旋转的机械臂构成,每个机械臂外接支链杆簇,3组支链杆簇与末端打磨头相连.通过构型分析、结构设计,建立同轴驱动布局打磨机器人模型,并对模型进行运动学分析,通过雅可矩阵分析奇异位置,获得打磨机器人的灵活工作空间;经过运动仿真,对比预设路径与仿真轨迹,进行运动误差分析,验证了驱动方案的可行性.研究结果为并联机构打磨机器人拓展工作空间、提高刚度提供了理论与技术支持.     

双重驱动2-DOF平面并联机器人系统的研究

研制了一种新颖的高速高精度柔性机器人机构。采用高速精密直线电机驱动2-DOF平面并联压电智能杆机构,针对柔性机器人机构的振动问题,以直线伺服电机作为机器人的主驱动源实现高速精密点位控制并采用脉冲整形技术减小末端残余振动,以压电陶瓷作为从驱动源采用闭环反馈控制策略抑制末端残余振动。实验研究和测试结果表明:机器人系统的最大加速度为2 g,稳定时间小于150 ms,重复定位精度小于±5 μm,实现了高速高精度的点位控制。     

基于交流伺服电机驱动的并联机器人动态滑模控制

并联机器人具有刚度大、承载能力强、误差小等特点,针对以交流伺服电机驱动的并联机器人机构--GPM-200并联机构,建立了控制系统模型,并在其工作空间中进行了轨迹规划,而后设计了一种动态滑模控制算法,在Matlab/Simulink上进行了仿真实验,结果表明:该算法鲁棒性好,且系统抗干扰能力强,对系统参数变化不敏感,具有良好的跟踪性能,实现了对该并联机器人的高精度实时控制.     

基于改进粒子群算法的并联机器人运动学精度提高新方法

针对并联机器人在基于给定工作任务进行轨迹规划过程中,存在因机构误差引起的期望轨迹与理想轨迹之间的偏差,由此造成并联机器人运动学精度降低的问题,提出了一种并联机器人运动学精度提高新方法。首先将连续工作任务离散化为满足精度要求的若干理想位姿点,在建立并联机器人位姿误差模型基础上,将机构误差项转化为驱动杆误差;基于种群排列熵模型和粒子速度激活机制改进了粒子群算法,并利用改进的粒子群算法组合优化驱动杆参数,补偿并联机器人位姿误差,进而修正期望轨迹以提高并联机器人运动学精度。通过MATLAB和ADAMS仿真验证了所提出方法的可行性和有效性。     

积分切换面自适应滑模控制及其在并联机器人中的应用

针对交流伺服电机作为驱动装置的2-DOF并联机器人,设计出一种带有积分切换面的自适应滑模控制器。首先,带有积分运算切换面的变结构控制器使系统具有对未知参数变化和外部干扰不敏感的特性。其次,通过设计一种自适应律,实现对系统不确定量的在线辨识估计,以辨识结果实时调整控制器参数,以削弱系统抖动,提高了控制系统的实用性。仿真结果表明所设计控制器抗干扰能力强,能较好地实现2-DOF并联机器人各支路的运动控制,具有较好的稳定性和鲁棒性能。     

基于LabVIEW的机器人视觉伺服及模糊控制研究

本文研究了一种构造分布式机器人视觉伺服系统的方法。借用分布式系统的概念,运用NI公司（美国国家仪器公司）的LabVIEW,将四自由度机器人系统和实时图像采集系统连接起来,构成了基于LabVIEW的分布式机器人视觉伺服系统,推导了视觉伺服机器人系统的图像雅克比矩阵,用LabVIEW语言写了基于逆模型的控制算法,给出了比例控制和模糊控制的实施结果。     

老人服务机器人机械臂的动力学分析与轻量化设计研究

针对老人服务机器人机械臂的功能要求,提出了一种老人服务机器人的串联型六关节机械臂轻量化的设计方法。建立了机械臂的牛顿-欧拉动力学方程,并利用动力学方程的分析结果,选择了机械臂的直流伺服电机和减速系统等部件。在虚拟样机的基础上对机械臂进行了轻量化设计,包括利用CAD软件设计机械臂机构,利用CAE仿真软件对机械臂进行了静力学和动力学仿真,校验分析结果,选择能够实现机械臂轻量化的机械臂构架的材料,优化构架的结构。     

H∞控制的主从遥操作力觉双向伺服控制系统研究

针对力反馈双向液压伺服控制中存在的反馈力冲击大及位置跟随特性差的问题,提出了一种以主／从动机械手之间的力偏差为从动端控制信号,由位置偏差和力偏差形成主动机械手控制量的新型力觉反馈控制策略。结合遥操作工程机器人主从控制的特点,通过对液控操纵杆系统进行H∞控制的状态观测器补偿,改善了液压马达的动态特性差异。进行了力觉双向伺服控制实验,实验结果表明,该控制策略明显改善了主一从控制系统的操纵性能,操作者能够获得真实的力觉临场感,同时该控制策略具有控制简单、收敛速度快、实时性好等特点。     

基于MATLAB-AMESim的液压缸位置伺服系统辨识方法研究

基于传统液压缸伺服系统建模参数的复杂性、不确定性、以及系统的时变性等问题,提出了一种基于MATLAB-AMESim的液压缸位置伺服系统辨识方法。该文以组成足式机器人驱动单元的液压缸为研究对象,简单介绍了液压缸的组成结构及工作原理;其次建立液压缸控制系统模型、传递函数,阐述了液压缸伺服系统辨识方法原理和基本过程;最后,通过MATLAB-AMESim软件搭建单缸位置伺服系统进行系统辨识仿真,将仿真结果与实际液压缸位置伺服系统测试结果进行对比。实验表明基于MATLAB-AMESim的液压缸位置伺服系统辨识仿真具有良好的实用性,验证了系统模型辨识方法的有效性。     

球面二自由度冗余驱动并联机器人系统动力学参数辨识及控制

以伺服电机驱动的球面2-DOF冗余驱动并联机器人为研究对象,首先,建立了机构惯性参数辨识模型,并规划了惯性参数辨识轨迹;其次,建立了机构运动副摩擦参数辨识模型和驱动系统的摩擦参数辨识模型,分别分析了二者的辨识原理,并规划了摩擦参数辨识轨迹;再次,通过辨识实验得到了机构惯性参数、机构转动副摩擦参数和驱动系统摩擦参数的辨识结果,利用辨识结果对原机构参数进行修正,获得了更为准确的机器人系统动力学模型,并通过轨迹测试实验,对辨识结果进行了验证;最后,制定了基于机器人系统动力学模型的前馈控制策略,与传统的机构运动学闭环控制策略进行实验对比,验证了该控制策略的可行性。     

未知时变环境下采摘机器人电液伺服控制系统

为保证采摘机器人在未知时变环境下的控制稳定性和机器人末端执行器的位置执行精度,优化采摘机器人电液伺服控制系统。系统基于直流电动机驱动机器人各个关节,构建采摘机器人电液伺服控制系统的数学模型;通过加权自扰动递推最小二乘法辨识采摘机器人接触动力学模型实时控制参数后,结合小脑神经网络和PID算法,分别实现前馈控制和反馈控制,以此优化采摘机器人电液伺服控制系统。结果表明：优化后系统具备较好的控制参数辨识效果,机器人末端执行器在3个方向的误差接近于0;可在2 s内完成控制,超调量在2%以内;控制机器人在静态和动态2种状态下,液压缸活塞的位移结果均低于1.6 cm。     

图像反馈机器人视觉伺服系统理论与实验研究

对机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一,其研究成果可应用在机器人自动避障、轨线跟踪和运动目标跟踪等问题中。本文分析了基于图像雅克比矩阵的机器人视觉伺服方法的基本原理,采用了基于图像的视觉伺服方法,直接利用图像特征来控制机器人运动,构建了自由度GRB-400工业机器人图像反馈视觉伺服系统。采用该系统进行了机器人跟踪两维平面运动目标的实验,结果验证了该方法的有效性。     

液压四足机器人元件与液压系统研究现状与发展趋势

针对液压四足机器人结构布局混乱、能量损失大及控制策略复杂等问题,从机器人整机、液压系统和控制策略3个角度分析了液压四足机器人的研究现状。首先,对各团队的机器人进行介绍,指出国内外的技术差距;然后,从动力来源、系统类型、液压回路和伺服执行元件4个方面对液压系统的主要2大构成分别阐述,着重介绍了以节能为目的的阀控系统和集成化、一体化的伺服执行器;接着概述了主流的几种控制策略,并分析各自的优缺点;最后,指出液压四足机器人的发展方向将集中在高速高压化、轻量化、节能降噪以及先进的控制算法,以实现液压四足机器人的高动态性能和行业应用。     

快速终端滑模控制在并联机器人中的应用

针对二自由度冗余驱动并联机器人,提出了并联机器人的快速终端滑模控制(FTSMC)以实现其鲁棒控制,并利用Lyapunov函数证明了该控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制系统跟踪效果好,系统误差小,可以满足并联机器人控制的要求。与采用普通滑模控制相比,该控制系统具有状态响应速度快,系统状态在有限时间内收敛到零的特点。仿真实验证实了该控制策略的正确性和有效性。