气动人工肌肉驱动关节PID位置控制

气动人工肌肉是一种由气压驱动的收缩型气动执行器,由气动人工肌肉驱动的人工关节具有重量轻、柔顺性好等特点.由于人工肌肉存在着明显的非线性、滞环大等缺点,对其位置控制有一定的难度,必须采取适当的控制策略才能得到较高的控制精度.本文介绍了一种以人工肌肉驱动关节为控制对象的位置控制系统,通过PID控制算法实现位置闭环控制.实验结果验证了控制策略的有效性,为气动人工肌肉驱动关节的应用打下基础.     

四足机器人气动人工肌肉驱动的仿生柔性机体动力学分析

基于四足生物动态步行时其柔性机体辅助腿机构的运动机理,设计了一种由气动人工肌肉、仿生脊柱、前机体和后机体组成的四足机器人仿生柔性机体.采用几何法分析仿生柔性机体运动学,建立四足机器人转向时仿生柔性机体弯曲角与气动人工肌肉长度变化间的关系,通过控制气动人工肌肉长度以控制机体弯曲.基于浮动坐标法和动量矩定理进行仿生柔性机体刚柔耦合动力学建模,对比分析了不同机体刚度下机体弯曲所需气动人工肌肉驱动力.设计仿生柔性机体弯曲控制实验系统,采用PID控制算法进行机体弯曲实验分析.四足机器人的仿生柔性机体分析,为提高其非结构化环境机动性奠定了基础.     

气动人工肌肉驱动仿人肩关节机器人的设计及力学性能分析

柔索驱动球关节机器人采用柔索替代连杆作为机器人的传动元件,结合了并联机构和柔索传动的优点. 文中提出了一种新型带有万向球轴承的仿人肩关节并联机器人,它由多支气动人工肌肉驱动,由于万向球驱动机构的引入,机器人可实现空间的三维转动. 介绍了该机器人的机构构型,并对其进行了力学性能分析. 该机器人的运动范围及负重能力达到并超过了人体肩关节性能指标的1/2. 相比其他并联机器人,该设计具有结构简单、旋转范围大、输出力矩大等特点.      

气动人工肌肉系统控制性能的实验研究

采用变结构控制对单根气动人工肌肉系统进行了实验研究，分析了气动人工肌肉系统的控制特性。实验结果表明气动人工肌肉系统是强非线性、低刚度的控制系统。简单的变结构控制算法不能够实现单根气动人工肌肉较大范围和伸缩过程的控制要求。应根据控制需要，将变结构控制与智能控制方法相结合，以实现系统鲁棒性和高精度控制。为气动人工肌肉系统控制策略进一步的研究奠定了基础。     

一种三自由度气动人工肌肉并联平台动态数学模型

针对一种气动人工肌肉（PAM）并联平台,采用新颖的PAM数学模型,推导出该并联平台的状态空间形式三自由度动态数学模型;以三自由度并联驱动位置跟踪实验采集的数据作为动态仿真模型的输入,进行了并联平台的动态性能仿真.仿真与实验结果对比,验证了所推导出的并联平台动态数学模型的合理性与有效性.     

基于雅克比矩阵求解并联机器人位置正解方法

并联机器人位置正解一直是并联机器人研究的难点之一,本文提出了一种基于雅克比矩阵求解并联机器人位置正解的新方法,该方法利用并联机器人的初始位置及雅克比矩阵,能够快速求解并联机器人的位置正解,此法可用于并联机器人的实时控制。最后以求解6-PSS并联机器人正解为例,验证了该方法的可行性和正确性。     

基于PSO的气动人工肌肉驱动关节优化的研究

提出在气动人工肌肉驱动的关节系统中,存在一个最优关节设计,包括关节半径、肌肉附着点最优位置等,使得对同一系统输出转矩达到最优.通过分析气动人工肌肉静态特性模型,推导出关节静特性模型.改变气动人工肌肉的状态参数进行仿真,得到关节半径变化、肌肉附着点变化与关节输出转矩、收缩量之间的关系,并利用PSO计算出最优关节半径与肌肉附着点最优位置.此分析方法与结果对气动肌肉驱动的仿生手臂的结构设计起到有效的指导作用.     

2自由度腕关节康复机器人的代理滑模控制方法

针对传统机器人控制方法未考虑运动过程安全性能的问题,采用了一种基于代理的滑模控制方法对气动肌肉驱动的穿戴式2自由度腕关节康复机器人进行位置控制.该方法结合滑模控制与PID控制的优点,既保证了位置控制的跟踪精度,又确保了运动过程的安全性.对康复机器人的轨迹跟踪实验表明:该方法可以取得很好的跟踪效果,并且对扰动的屈从性和系统的安全性有明显的提高.     

气动人工肌肉位置控制策略

针对气动人工肌肉位置控制系统,提出了两层滑模的变结构鲁棒控制策略,控制器的推导基于李亚普诺夫稳定性理论.实验表明所设计的气动人工肌肉位置控制系统稳态控制精度可达到±0.2 mm,在负载质量和气源压力改变的情况下,稳态位置控制精度仍可达到±0.3 mm,实验结果证明了所提出方法的有效性和系统的鲁棒性.该研究为气动人工肌肉获得广泛的应用提供了理论依据.     

气动人工肌肉的动态驱动特性研究

针对由气动人工肌肉、高速开关阀和PLC控制器等组成的气动系统,分析了气动人工肌肉系统动态收缩量的数学模型,描述了收缩量随着工作频率和气压的变化关系,将收缩量理论模型与实验值的误差控制在4%以内,为气动人工肌肉的定位控制提供了理论基础.考虑到气动人工肌肉在动态过程中存在内部橡胶材料阻尼和空气流体阻尼,在现有的驱动力数学模型上添加了阻尼力项,建立了阻尼力与工作气压、工作频率和人工肌肉结构参数的数学模型,将气动人工肌肉动态驱动力的误差从16%下降到2.7%.通过理论仿真和实验验证,证明了所建立的动态收缩量数学模型和所改进的动态驱动力数学模型的正确性.     

基于径向基神经网络的Delta机器人位置精度补偿

针对Delta并联机器人末端控制精度问题,提出一种基于RBF的提高Delta并联机构运动学控制精度的方法。首先对Delta并联机器人的运动学逆解进行分析,探讨了影响控制精度的因素和现有提高控制精度方法的局限性。其次,求解Delta并联机器人的工作空间,结合实际工作,通过试验采集训练样本。以末端实际位置为输入样本,末端的期望位置与实际位置之差为输出样本,进行RBF神经网络模型训练,得到末端实际位置与位置偏差之间的非线性映射关系,基于此设计位置补偿策略。最后,在Delta机器人平台上进行实验验证,使用训练好的RBF网络结合运动学逆解,对Delta机器人末端进行轨迹跟踪控制。实验结果表明,末端控制误差由±30mm减小到±5mm,有效的减少了末端位置误差,为Delta机器人精准控制提供了一种简单易行的方法。     

重复使用火箭栅格舵传动机构动态特性实验研究

为了研究栅格舵传动机构的动态特性, 搭建栅格舵传动机构的实验装置, 设计位置特性、瞬态特性和频率特性3种实验方案, 通过位移传感器, 测量伺服活塞杆的线位移和舵轴转动的角位移时域信号。分析位置特性实验线位移信号突变和瞬态特性实验角位移信号震荡现象的成因, 进行低、中、高3个频率的小转角频率特性实验, 并对频率特性实验中出现的角位移信号滞后现象进行定量分析, 判断出传动机构动态特性的重要影响因素是运动副间隙, 并初步提出其影响机理, 为进一步的动力学分析和优化设计提供良好的研究对象和实验基础。     

两阶段混合引导的偏好多目标优化算法

在偏好多目标优化问题求解中,基于偏好点引导方式的优化算法性能易受偏好点具体位置的影响,且不能控制偏好解集大小;而基于偏好区域引导方式的优化算法虽然能控制偏好解集规模,但算法初期收敛效率不够高。针对此问题,提出一种两阶段混合引导的偏好多目标优化算法。算法初期采取偏好点的引导方式,同时引入偏好界限动态调整策略,使得种群快速收敛到偏好区域附近。迭代一定次数后,采用偏好向量引导方式指导算法搜索,达到控制偏好解集范围的目的。与几种经典的偏好优化算法进行实验对比分析,结果表明,所提算法性能不受偏好点位置影响,得到的偏好解集能很好地表征决策者的偏好信息,并且控制了偏好解集范围,便于决策者的最终决策。     

Si3N4/TiN纳米多层膜的超硬效应

采用磁控反应溅射工艺制备了Ｓｉ３Ｎ４／ＴｉＮ陶瓷纳米多层膜,运用Ｘ射线衍射、航向电镜和显微硬度仪等对纳米多层膜的微结构、应力状态和硬度进行测试。研究结果表明,Ｓｉ３Ｎ４／ＴｉＮ多层腹中,Ｓｉ３Ｎ４层为非晶态,ＴｉＮ层为晶态,Ｓｉ３Ｎ４／ＴｉＮ多层膜的显微硬度既受调制周期＾的影响,同时又与调制比有关,当调制比ｌｓｉ３Ｎ４／ｌＴｉＮ＝３和调制周期＾＝１２．０ｎｍ左右时,多层膜的显微硬度达到最大值,其数     

多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法研究

针对传统机械手腕关节控制方法稳定性低和灵活性差的弊端,提出一种新的多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法。介绍了多自由度机器人关节系统,按动力学系统组建机械手腕关节的动力学模型,采用拉格朗日方法获取动力学方程。介绍了PD手腕关节位置控制方法,在此基础上通过改进纯积分力控制方法实现多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制。分析了机械手腕关节混合位置/力矩控制过程,通过差动机构控制两个驱动器,使其完成机械手腕关节外展/内收和伸展/翘曲两个自由度,提高机械手腕控制灵活性。实验结果表明,所提方法控制精度和稳定性高,能够保证机械手腕关节的灵活性。     

共线铰链连杆机构的几个运动特性及其研究

共线铰链连杆机构在共线位置瞬时出现运动不确定现象及部分瞬心无法求出等运动特性，这是众所周知的。本文利用广义坐标虚位移线性方程的雅可比矩阵求秩，论证了共线位置时运动不确定的特性，其次论证了共线位置时机的部分瞬心用常规方法不能确定的特性。最后提出求机构共线位置全部瞬心的方法。     

基于MATLAB的机构位置问题的牛顿法数值求解

四连杆机构的位置问题涉及非线性超越方程组的建立与求解,介绍了四连杆机构位置方程的建立,提出了利用牛顿数值法求解该问题的一种方法,编制了MATLAB求解程序,较好地解决了这个问题．     

平面综合铰链四杆机构运动分析及其优化设计

将刚体的平面运动分析用于平面综合铰链四杆机构的运动分析中,讨论了已知连杆上一点的起始位置、连架杆的对应转角及机架长度等,平面四杆机构的解析解,并对其进行了优化设计。     

关于质子淌度的机理

本文从质子淌度反常现象出发,着重讨论了水溶液中质子淌度的三种机理:经典质子传递机理,质子传递的隧道效应机理,水分子场助再定向——隧道效应机理。通过比较,我们认为第三种机理是目前解释水溶液中质子淌度的较好的一种机理。     

Accuracy Analysis and Calibration of Gantry Hybrid Machine Tool

IntroductionKinematic accuracy is a key factor in the design ofparallel kinematic machine tools. However,research on the accuracy of parallel kinematicmachine tools is still in its initial stage because ofthe complexities of nonlinear errors.　Structural error sensibility is an important partin structural accuracy research. Faik andErdman[1] analyzed the sensibility of four barlinkages by introducing a dimensionless errorfactor for sensibility of each leg.Wu andLankarani[2 ] used the value o…