3-RPS并联机器人动力学分析及控制

运用牛顿—欧拉方法建立3-RPS并联机器人机构的逆动力学模型。通过使用Simmechanics将并联机器人物理模型导入Matlab/Simulink中,利用Simulink对机构进行动力学仿真以及验证机构的逆动力学模型。针对并联机器人的建模不确定性,提出一种基于不确定性系统的鲁棒控制方案,即分别通过基于标称模型设计系统的计算力矩控制器,来镇定标称系统;通过构建Lyapunov函数来构建系统的鲁棒补偿控制器,来消除由于建模不确定性引起的跟踪误差。通过将控制模型导入Simulink中对其控制效果进行验证,其具有较低的稳态误差精度,效果优于计算力矩控制策略。     

RBF神经网络补偿的并联机器人控制研究

为了实现对三自由度Delta并联机器人更精确的轨迹跟踪控制,对并联机构的动力学建模不确定性进行研究,提出了计算力矩控制基础上的RBF神经网络在线补偿控制策略。利用Lyapunov理论推导了神经网络在线权值自适应律,保证了系统稳定性。运用RBF神经网络在线自学习系统的不确定性,提高了控制效率同时增加算法的自适应性。在Simmechanics中建立系统物理模型并在Simulink中设计控制器,之后进行Simulimk/Simmechanics联合仿真,结果表明算法优于计算力矩控制,可以有效减小跟踪误差的收敛半径,实现对目标轨迹的准确跟踪。     

平面2自由度并联机器人的解耦控制和仿真分析

以平面2自由度并联机器人为研究对象,推导其运动学模型,在运动学模型的基础上结合欧拉-拉格朗日动力学方程推导其动力学模型,根据得到的动力学模型引入计算力矩解耦控制方法,并证明该方法在理想估计与非理想估计下,对应的李雅普诺夫函数是全局渐进稳定的,从而得到解耦控制率方程,根据控制率方程和机器人的实际结构参数搭建Simulink仿真模型,进行运动控制仿真,仿真方法有:基于传统PD控制器的计算力矩解耦控制仿真方法和基于自适应模糊控制器的计算力矩解耦控制仿真方法,仿真输出机器人跟踪给定运动轨迹的效果图和误差图。仿真结果表明,无论是在理想或非理想状态下,计算力矩解耦控制方法确实可以使控制系统趋于稳定,且跟踪误差小,通过比较可知,基于自适应模糊控制器的计算力矩解耦控制方法的效果更佳。     

六杆机构的运动仿真及方法比较

简要介绍了Simulink与Simmechanics在六杆机构运动分析中的应用。以矢量法建立运动学矩阵方程,分别采用Simulink、Simmechanics进行运动仿真。这两种方法求解效率高,在机构性能分析中具有一定的应用价值。     

高速并联机械手动力学建模及计算力矩控制

基于模型的计算力矩控制由于考虑了非线性补偿而极大地提高了其控制品质。然而，并联机械手动力学模型的计算是非常耗时的，从而限制该控制器在工程中的应用。为此，针对2-DOF并联机械手Diamond 600，首先导出了机械手的位置、速度和加速度逆解模型，并根据动能定理独立计算出机械手的质量惯性矩阵，实现了控制算法解耦，然后利用虚功原理建立能用于实时控制的动力学简化模型。在此基础上，设计了适舍于并联机械手的计算力矩控制器。最后，将设计的控制器应用到2-DOF并联机械手，仿真和实验结果验证了算法的有效性和正确性。     

二自由度并联机械手动力学控制方法

本文针对一种二自由度并联机械手高速运动状态下的动力学控制方法展开研究。通过对并联机械手简化刚体动力学模型的建模误差进行溯源分析,提出了一种基于双系数补偿分配策略的建模方法,对机械手的简化刚体动力学模型进行了优化,并基于该简化模型建立了机械手的动力学前馈控制方法。为进一步提高控制过程的鲁棒性,结合H_∞控制方法提出了一种H_∞+动力学前馈的控制方法。在建立机械手整机机电联合仿真系统的基础上,对所提出的两种控制方法进行了详细的仿真和对比。仿真结果表明,本文提出的控制方法可以减少力矩扰动对伺服电机输出带来的影响,大大减小了机械手末端的定位误差,提高了机械手的控制精度。     

3-CP_aRR并联机构的动力学分析及滑模控制

为建立一种新型三自由度解耦并联机构(3-CP_aRR)的刚体动力学模型和滑模控制器,详细地阐述了该机构的结构组成;通过运动学约束分析,研究了该机构的运动学规律,揭示了该机构在空间正交方向上的移动完全解耦特性,确定了支链末端转动关节为消极运动副;基于运动学分析的结果,运用Lagrange方程法建立了该解耦并联机构的动力学模型;基于上述分析利用滑模面设计了该并联机构控制器,基于Lyapunov函数分析了系统稳定性;通过实例计算,分析了驱动构件的线速度、驱动力的变化规律,与ADAMS虚拟仿真结果对比验证了动力学模型的正确性,并验证了滑模控制器的有效性和稳定性。上述研究为该解耦并联机构的样机制作和实时控制系统的研究提供了理论基础。     

3-RPS并联机构滑模变结构控制系统设计

针对并联机构传统控制器轨迹跟踪精度较低的问题,设计了一种基于并联机构动力学方程和比例切换控制律的滑模变结构控制器(SMC)。首先,建立机构的Matlab/Sim Mechanics仿真分析模型,采用微位移法求解并联机构的Jacobian矩阵及通过工作空间分析确定机构的最佳尺寸参数,为控制系统提供理论参考输入值。其次,设计滑模变结构控制器,运用Lyapunov函数证明滑模变结构控制器的稳定性;最后,建立机构的PID控制和SMC控制系统Matlab/Simulink框图,分别对其进行仿真分析与对比。结果表明,SMC控制器的轨迹跟踪精度比PID控制器的精度高,稳态误差小,且鲁棒性强,响应速度快,从而验证了SMC控制的有效性。     

Delta并联机器人运动学与动力学仿真研究

以Delta并联机器人为研究对象,用三维设计软件Pro/E建立其样机模型,通过简化Delta并联机器人机构模型,用D-H矩阵法建立其运动学方程,得出正、逆解,给定动平台的运动轨迹进行轨迹规划,用Matlab软件计算出各支链的驱动臂张角,将样机模型和计算结果导入到ADAMS软件中,添加约束驱动等,进行运动学和动力学仿真分析,所得结果与理论计算结果一致,为Delta并联机器人的设计、优化和运动控制提供依据.     

基于广义坐标形式牛顿－欧拉方法的空间并联机构动力学正问题分析

基于具有广义坐标形式的牛顿－欧拉方法建立一般空间并联机构动力学正问题建模与仿真的通用方法。在动力学建模时,选取空间并联机构动平台的工作空间变量作为系统广义坐标,从各构件的牛顿－欧拉方程出发,结合运动学逆解和虚功原理,得到与广义坐标相对应的系统动力学方程－运动微分方程和系统理想铰约束力方程。对6-UPS型空间并联机构进行动力学建模,计算外力作用下的动态响应,验证了该方法的有效性。理论分析和仿真案例表明,该方法可以简化并联机构动力学正问题的建模步骤,提高计算效率。