机器人摩擦特性的补偿控制

介绍消除机器人关节摩擦特性对其位置伺服系统影响的两种方法, 即摩擦力可实测情况下的前馈补偿器及摩擦力未知情况下的鲁棒补偿控制器.     

面向协作机器人的零力控制与碰撞检测方法研究

为了解决协作机器人柔顺交互控制问题，本文对机器人的零力控制和碰撞检测方法进行了深入研究。首先将逆运动学问题转化为（Newton-MP）广义逆和牛顿下山法的迭代求解问题。其次，针对协作机器人的零力控制问题，建立了基于速度三次摩擦力模型的完全动力学方程。对摩擦力模型进行遗传算法多参数辨识。再次，提出了基于One-Class卷积神经网络的碰撞检测方法，构建了无碰撞数据集，解决了传统碰撞检测方法建模不准确的问题。最后，通过实验证明，本文提出的Newton-MP优化方法具有良好的性能，绝对误差达到0.00013mm。与理想摩擦力模型进行对比，采用基于速度的三次摩擦力模型拟合出的摩擦力能够更好适用于零力控制。将外力矩观测器与One-Class卷积神经网络碰撞检测进行优缺点分析，可以证明One-Class卷积神经网络可以在不依靠模型的情况下，准确地检测机器人的异常碰撞。     

平面完全约束绳牵引并联机器人的多目标优化

针对平面完全约束的绳牵引并联机器人的多目标优化问题,给出了一种理想点法与遗传算法相结合的方法．首先以绳牵引并联机器人工作空间面积、全面刚度指标、全局灵巧度系数为优化目标,基于遗传算法进行全局优化,得到各个目标的理想点．然后采用理想点法建立多目标优化模型,并采用遗传算法对该模型进行求解．仿真实验表明,优化结果较为均衡,各模型有效解都接近相应单目标的理想点．所得结论可以为同类绳牵引并联机器人的设计提供参考．     

在金属塑性成形中表面微凸对接触力及摩擦系数的影响

应用大型有限元软件ADINA,采用库仑摩擦模型和非局部摩擦模型,对不考虑表面微凸的模型和单个微凸体模型在塑性成形中的摩擦力、摩擦系数等进行研究。研究结果表明:不考虑表面微凸的情况,局部库仑摩擦模型与非局部摩擦模型的结果差别不大。考虑表面微凸时,摩擦系数随着变形量的     

一种直流力矩电机系统的自适应摩擦补偿方法

针对陀螺漂移测试转台直流力矩电机系统中存在的非线性动态摩擦和负载扰动，为提高转合位置跟踪精度，提出了一种新的自适应补偿方法。电机中摩擦模型采用摩擦参数为非一致性变化的LuGre动态模型。该方法控制器包含一个参数自适应律和等效PD控制律来估计未知LuGre模型参数和负载力矩参数并给与补偿。最后Lyapunov方法和仿真结果证明该自适应补偿方法保证了闭环系统全局稳定性和对期望位置信号的渐进跟踪，提高了转台摇摆跟踪精度。     

基于摩擦补偿的柔性关节机器人分级滑模控制

针对柔性关节机器人中存在的非线性摩擦问题,提出一种基于摩擦补偿的柔性关节机器人分级滑模控制方法。首先,通过线性化参数的方法对柔性关节机器人受到的摩擦进行建模,并对模型中未知参数设计自适应律以实现摩擦的估计;然后,针对摩擦模型的误差,进一步设计观测器进行估计,结合摩擦的自适应和模型误差估计实现对摩擦的补偿;最后,利用电机侧和关节侧的位置误差和速度误差设计一级滑模面,再根据一级滑模面设计二级滑模面,从而得到分级滑模控制器,进一步实现柔性关节机器人的位置轨迹跟踪控制。通过Lyapunov函数证明了机器人关节轨迹跟踪误差的收敛性。仿真结果表明:该控制方法结合参数自适应和模型误差观测器可以有效地对摩擦进行补偿,在有限时间内实现柔性关节机器人的位置轨迹对期望位置轨迹的跟踪。     

数控进给伺服系统摩擦补偿控制仿真

针对伺服系统传动机构中摩擦对系统控制精度的影响问题,提出了一种遗传算法与模糊控制复合方法.建立了Stribeck+静摩擦力模型,设计了一种基于遗传算法的模糊补偿控制器,并将模糊补偿控制器应用于伺服系统中进行仿真.仿真结果表明,此方法不仅可有效抑制摩擦力对数控进给伺服系统的非线性作用及系统的低速爬行现象,而且可提高进给伺服系统的动态性能.采用不同的初始控制规则进行分析后发现,设置的初始值对遗传算法的收敛速度和系统的摩擦补偿均具有良好效果.     

试论多绳摩擦提升的摩擦机理

本文对多绳摩擦提升中绳与绳衬的接触和摩擦进行了分析，阐述了摩擦系数在提升过程中的变化规律，提出了减小绳衬和钢丝绳磨损、计算摩擦系数的方法．     

机器人多指手的优化抓取力计算

由于机器人灵巧手与物体接触所产生的摩擦力约束为非线性约束,导致实时计算手指抓取力受到了极大的限制。提出了一种计算多指手优化抓取力的通用方法,其关键是利用拉格朗日乘子法,通过自动调节各手指法向接触力的权值系数来获得满足非线性摩擦锥约束的初始抓取力,并结合梯度流的方法对初始抓取力进行优化。对于任意的干扰外力,在满足抓取稳定性的情况下,可快速地计算出各手指的优化抓取力。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于深度学习的工业机器人摩擦力补偿方法研究

非线性摩擦力极大影响了机器人的运动性能,摩擦力补偿问题是机器人运动控制中的共性问题.传统的线性和非线性摩擦力补偿模型在实际应用中效果并不理想,而神经网络模型具有固有的非线性特性,对于处理非线性摩擦力具有较大的优势.文章基于深度学习算法,将动力学模型中的非线性环节作为广义的摩擦力处理,根据转矩、速度、位置等相关量学习出系...     

基于卷积力矩观测器与摩擦补偿的机器人碰撞检测

针对常规工业机器人在未知环境下运行时可能产生碰撞的安全性问题,提出一种新型的机器人碰撞检测算法. 设计卷积力矩观测器,通过实时观测关节输出力矩与动力学估计力矩的偏差实现机器人碰撞检测. 为了避免机器人处于不同位姿、运动状态等情况下关节摩擦对机器人碰撞检测的干扰,采用静态LuGre模型对关节摩擦进行补偿. 通过对实际工业机器人的运动监测,辨识出更加准确的静态LuGre模型参数. 该碰撞检测算法无需加速度信息,避免了对位置反馈信息二次求导所带来的计算误差. 关节力矩基于关节伺服驱动的电流信息获取,无需安装专门的力/力矩传感器,从而在常规工业机器人无需额外配置的情况下,只需采集机器人关节驱动电机电流和位置信息即可实现碰撞检测. 通过人与机器人交互实验验证了该碰撞检测算法的有效性.     

无模型动态摩擦的自回归小波神经补偿控制

针对低速伺服系统的摩擦补偿问题,提出一种基于自回归小波神经网络的智能控制算法,无需预知系统的动力模型参数,仅通过闭环位置反馈,网络即能利用极少的神经元和迭代次数实现对非线性摩擦的高精度补偿.Lya-punov稳定性分析结果证明了跟踪误差和网络权值的有界收敛性.某型机器人关节的伺服实验结果表明,引入自回归小波神经补偿算法后的伺服定位精度得以大幅度提高.     

基于改进傅里叶级数的机器人动力学参数辨识

针对机器人动力学参数辨识的问题,提出一种基于改进傅里叶级数的辨识方法.采用静态连续摩擦模型描述机器人关节摩擦特性,以确保基于该模型的摩擦补偿是物理可实现的.推导得到机器人动力学模型的线性形式.设计严格满足速度、加速度边界条件的改进傅里叶级数作为激励轨迹,并根据条件数准则优化激励轨迹系数.考虑测量噪声的影响,采用最大似然法作为参数估计的方法.实验结果表明,采用所提方法的辨识结果能够准确重构机器人关节力矩值.且相比于传统的基于傅里叶级数的辨识方法,该方法提高参数辨识的精度.     

基于混合遗传算法的机器人改进摩擦模型辨识

为了解决机器人运动过程中库伦+黏性摩擦模型不能真实反映关节摩擦的非线性特性的问题,采用改进Stribeck摩擦模型对机器人关节摩擦进行建模,提出基于混合遗传算法与余弦轨迹的模型参数辨识方法. 采用不同的余弦轨迹对机器人关节进行激励,利用已知的机器人动力学方程确定关节摩擦力矩,从而建立机器人关节速度与关节摩擦力矩之间的映射关系,并利用模拟退火混合遗传算法对摩擦参数进行辨识. 为了验证所提方法的有效性,以多关节串联型机器人为研究对象,进行摩擦参数辨识实验. 实验结果表明,与传统的库伦+黏性摩擦模型相比,改进的Stribeck摩擦模型可以减少17.7%~33.6%的关节力矩计算误差,并能够进一步提高机器人动力学模型的准确性.     

连杆侧无传感器下机器人柔性关节系统的零力控制

针对机器人直接示教应用场景,提出机器人柔性关节系统在连杆侧无传感器下的零力控制方法. 引入动态LuGre摩擦模型进行关节摩擦力矩估计,采用2段四次多项式建立柔性关节系统刚度模型,基于广义动量观测关节力矩. 该方法利用刚度逆模型以及关节力矩估算谐波减速器扭转位移,结合谐波减速器运动传递特性估计连杆侧角度并计算重力矩,利用连杆动力学方程估计接触力矩. 构建期望的电机驱动力矩（包含估计的重力矩、摩擦力矩与接触力矩）,通过对该期望电机驱动力矩的跟踪实现零力控制. 在搭建的机器人柔性关节系统实验平台上进行实验. 实验结果表明,完成相同的拖动示教过程时,该方法所需要的接触力矩约为1.8 N·m. 基于重力矩与摩擦力矩补偿的零力控制方法需要接触力矩约为3.4 N·m. 功率级脱离示教所需要的接触力矩约为14 N·m,验证了所提方法的实际效果.     

Improved Nonlinear Friction Compensation Method for Robot Joint Driving

In order to alleviate the steady-state position error and the destabilizing effect of the nonlinear friction, a novel compensation method is presented, which modified the traditional Southward‘s compensation method. Estimated the nonlinear friction model using an identification method, the effect caused by its nonlinear component can be compensated, and an enhanced tracking performance is verified on a selectively compliant articulated robot arm(SCARA) robot.     

Ground substrates classification and adaptive walking through interaction dynamics for legged robots

Adaptive locomotion in different types of surfaces is of critical importance for legged robots.The knowledge of various ground substrates,especially some geological properties,plays an essential role in ensuring the legged robots’safety.In this paper,the interaction between the robots and the environments is investigated through interaction dynamics with the closed-loop system model,the compliant contact model,and the friction model,which unveil the influence of environment’s geological characteristics for legged robots’locomotion.The proposed method to classify substrates is based on the interaction dynamics and the sensory-motor coordination.The foot contact forces,joint position errors,and joint motor currents,which reflect body dynamics,are measured as the sensing variables.We train and classify the features extracted from the raw data with a multilevel weighted k-Nearest Neighbor(kNN) algorithm.According to the interaction dynamics,the strategy of adaptive walking is developed by adjusting the touchdown angles and foot trajectories while lifting up and dropping down the foot.Experiments are conducted on five different substrates with quadruped robot FROG-I.The comparison with other classification methods and adaptive walking between different substrates demonstrate the effectiveness of our approach.     

一种仿人机器人步态优化的新方法研究

利用仿人机器人七连杆模型,建立了机器人姿态的位置向量.先用带参数的五次多项式拟合机器人髋关节的位置曲线,然后用非时间参考变量的方式规划出了踝关节和膝关节的运动轨迹.在机器人步行的稳定区域内,通过遗传算法求得了ZMP点偏离脚掌中心距离的最大值,从而确定了髋关节的参数,实现了仿人机器人步态优化.实验证明该方法有效.     

铜基粉末冶金摩擦材料调速制动摩擦系数试验

为得到速度和压力边界条件在摩擦元件接合过程中对摩擦特性的影响机制,设计一种变速滑摩的方法,针对径向槽、双圆弧槽和螺旋槽3种沟槽形式,通过不同工况摩滑过程和闭锁过程的摩擦系数试验数据分析,获得了摩擦系数随滑摩速度及压力载荷变化的特性．试验结果表明,变速滑摩试验可以很好地体现摩擦元件制动过程中的流体动力效应、边界摩擦效应和粘附闭锁效应;沟槽形式一定程度上影响摩擦系数随速度的变化趋势,静摩擦系数随载荷的增大而减小最后趋于稳定;在不同载荷条件下,摩擦系数对速度边界的敏感程度存在差异;变速过程静动比分析结果表明,Cu基粉末冶金摩擦材料适合在重载条件下工作,而且双圆弧沟槽摩擦元件的接合平顺性更好．