适应于水下抓取作业柔性臂的设计与试验研究

传统关节式水下作业机械臂存在作业灵活性受限、控制复杂等不足，为此，文中提出并研发了一种适应于水下作业、柔索驱动的柔性机械臂。通过采用对角线耦合轮系驱动，实现了一个电机控制两根驱动钢丝，并减少实际所需电机的数量；采用几何分析法建立了柔性臂驱动绳长、关节弯曲角度与末端位姿的运动学关系，并建立柔性臂运动学模型；采用MATLAB软件进行手臂运动仿真，得到柔性臂的仿真姿态与工作空间；通过ADAMS软件对柔性臂进行运动仿真，验证了算法的可行性，确定了手臂关节的最优尺寸。制造出实物样机，对其手臂动作灵活性、柔顺性进行测试，完成了气密性试验和水密性试验，并成功在水下环境对目标物进行抓取，验证了柔性臂机械系统结构的可靠性和可行性。该柔性臂不仅能满足水下环境抓取作业需求，还可以应用于各种受限空间、危险场景的抓取和检测作业。     

基于LabVIEW舵机机械臂控制

分析了六自由度机器人的特点及功能需求,设计了基于LabVIEW的多路舵机控制系统,硬件核心采用STC89C52单片机,关节驱动采用舵机控制。通过实验,实现了六自由度机械臂的关节控制。实验结果显示:该系统运行平稳,控制效果良好,且协调性很高,对机械臂的研究具有一定的参考价值。     

基于解耦的柔性关节机械臂振动抑制方法研究

针对多自由度柔性关节机器人手臂残余振动抑制问题,对双杆机械臂关节耦合及振动抑制方法进行了研究,提出了基于解耦的柔性关节振动抑制控制算法。首先,根据拉格朗日方法建立了系统的动力学模型。然后,分析了关节间存在的相互作用力及关节间的相互耦合对机械臂振动抑制的影响。利用模糊补偿控制方法对二自由度柔性关节机械臂进行了模糊解耦,并在解耦的基础上引入零振荡整形器(ZV整形器)对解耦后的各个单关节进行进一步控制,以抑制各臂杆由于关节刚度不足导致的残余振动。最后,通过数值算例进行了仿真,验证了该算法的有效性。研究结果表明,加入解耦环节之后,两杆的相互干扰明显减弱,耦合度明显降低,使该非线性系统近似成为线性系统,再通过零振荡整形器对各关节运动加以优化,使得机械臂的残余振动得到了有效的抑制。     

冲床上下料机械手臂及驱动系统设计

设计了一种以薄板类零件为对象的冲床上下料关节型机械手臂,该机械手臂以运动控制卡为控制核心,通过驱动伺服电机带动机械手臂各关节实现负载的升降、旋转、移动和摆动。针对机械手臂运行动作并依据力矩、惯量传递转换原则,分析机械手臂负载传递,并通过相关理论进行伺服电机选型及验证。在硬件配置完成基础上,配合机械手臂实际工作状态,确定其工作流程。     

新型模块化机械臂的研制及其有限元分析研究

针对机械臂的设计特点和技术难点,对机械臂的本体结构进行了研究,提出了一种全新的模块化设计方法,该方法通过Solidworks建立了机械臂三维模型,进行了模块化机械臂伺服单元的设计。首先,对机械臂的电机和谐波减速器进行了选型,通过实验计算了不同关节角度的转矩,确定了最终的选择方案;然后,利用Ansysworkbench对机械臂的关键零部件进行了有限元分析,得出了机械臂第二关节等重要部件的应力和位移云图,从体积布局以及工作模式等角度进行了硬件设计,采用闭环控制算法和力反馈算法开发方案,实现了三闭环的伺服电机控制和一体化伺服驱动单元的力反馈;最后,在结构和算法的基础上开发出了OUR系列模块化机械臂。研究结果表明,关键零部件具有较大的刚度和强度,各关节具有高度的独立化和模块化。     

基于小型PLC机械手臂设计及控制系统研究

机械手臂在仿生抓取时受到关节部位阻尼的作用,导致机械手臂控制的全局稳态性不好,为此提出一种基于阻尼力矩反馈调节和小型可编程逻辑控制器(PLC)的机械手臂设计及控制方法,采用阻尼力矩反馈调节和鲁棒性控制方法进行机械手臂的控制律优化设计。以PLC为逻辑处理芯片进行机械手臂控制系统的硬件设计,系统包括了姿态传感器模块、信息集成处理模块、控制指令传输模块和人机交互模块等,在执行器单元中输入控制指令,采用PLC进行嵌入式逻辑控制,采用TMS320VC5409A作为智能信息处理器的核心芯片,实现对机械手臂控制系统的硬件集成设计。测试结果表明,采用该系统进行机械手臂控制的姿态稳态跟踪性能较好,对机械手臂的位置控制精度较高,提升了控制品质。     

2R欠驱动平面柔性机械臂的位置控制策略与试验研究

针对同时具有被动关节和柔性杆的欠驱动平面机械臂,提出一种简单易行的分段位置控制策略。以2R欠驱动平面柔性机械臂为研究对象,建立机械臂的假设模态动力学模型,分析系统的动力学耦合特性与可控性。通过被动关节处制动器的开闭切换,研究平面柔性机械臂的分段位置控制策略,采用PID方法分别设计各阶段主动、被动关节的控制算法。最后,基于自行开发的欠驱动平面机械臂的试验平台及实时控制系统,完成了2R欠驱动平面柔性机械臂位置控制的试验研究。仿真和试验结果表明,主动关节和被动关节在各阶段都能很好地跟踪目标值,进而实现机械臂的操作任务,验证了所提控制方法的可行性和有效性,以及欠驱动柔性机械臂动力学模型的正确性。     

一种新型七自由度数据臂结构分析与设计

介绍了一种新型（BUAA—Ⅲ型）七自由度数据臂的设计原理和组成，进行了数据臂的空间结构虚拟设计和数据臂测量机构的自由度分析。该数据臂既可以检测人手臂各关节变化，同时又可以获得手臂各关节角度和腕部的位置变化，并具有部分关节力反馈功能，已成功应用在网络遥操作主从臂控制仿真平台上。     

基于MATLAB与ADAMS的机械臂仿真分析

以六自由度机械手臂为研究对象,对机械手臂的基本结构进行简化,基于D-H法,建立机器人手臂的连体坐标系;基于MATLAB的Robotics Toolbox工具箱建立机械手臂的数学模型,同时采用五次多项式方法对机械臂关节空间进行轨迹规划,并进行仿真。利用机械系统动力学软件ADAMS创建机械手臂的虚拟样机。将轨迹规划仿真数据作为驱动,对机械手臂进行动力学仿真,得出各个轴所受力矩变化情况。     

可变供给压力阀控制的机械臂节能方法

为了提高机械臂关节角位移运动精度,降低机械臂运动的能量消耗,采用可变供给压力阀控制,并对输出结果进行仿真验证。给出了可变供给压力阀控制装置简图,介绍了供给压力阀控制原理。设计了前馈反馈控制系统,推导出液压阀压力变化和活塞运动位置方程式。针对传统机械臂驱动方式进行改进,设计了可变供给压力阀驱动控制系统。采用Matlab软件对机械臂关节角位移跟踪误差、供给压力和电机转速进行仿真,与定量供给压力阀驱动控制系统形成对比。结果显示:采用定量供给压力阀驱动控制系统,机械臂关节角位移跟踪误差较大,供给压力和电机转速较大;采用可变供给压力阀驱动控制系统,机械臂关节角位移跟踪误差较小,供给压力和电机转速较小。采用可变供给压力阀驱动控制系统,可以提高机械臂关节角位移运动精度,降低控制系统的能量消耗,从而节约能量。     

基于异步电动机的电动汽车驱动系统

为了顺应汽车低碳环保的发展趋势,将异步电机用作电动汽车的驱动电机来代替价格昂贵且环保性差的永磁同步电机。采取转子磁链定向矢量控制的方法来实现异步电机的调速控制,在此基础上建立了一个异步电机作为驱动电机,由电池和双向DC/DC供电的电动汽车驱动系统。推导了异步电机的数学模型,搭建了一个小型电动汽车实验平台,并在实验平台上对异步电机调速性能和双向DC/DC供电系统进行了实验验证。实验结果表明,采用转子磁链定向矢量控制能很好的实现电动汽车的驱动系统的调速控制。     

管内轮式移动机器人弯道内驱动控制方法

三轮全主动驱动管道机器人的弯道通过性一直是个难题，由于三轮差动机构尚未实现，机器人的3个主动驱动轮在弯管内将出现干涉而不能行走。为了使机器人可靠、平稳、快速地通过弯管，基于机器人在转弯过程中的阻力负载特性分析的基础上，提出了驱动轮独立协调控制转弯的方案，并对速度协调控制过程进行了仿真实验，结果表明驱动轮独立协调控制方案可有效地解决机器人转弯过程中三轮的差动问题。     

直流无刷高速电机驱动电路设计及改进

采用无传感器无刷直流低速电机专用调速控制芯片ML4425,设计制作了航模用直流无刷高速电机的控制器。针对目前航模用直流无刷电机速度高的特点,对用于直流无刷低速电机的传统ML4425控制系统中的相关环节进行了改进,尤其是电机的启动、驱动和保护部分。简化了航模用直流无刷高速电机的控制系统,减少了成本。     

混合动力汽车（HEV）驱动系统匹配研究

混合动力电动汽车（HEV）作为一种最有可能代替传统汽车的新型汽车,能提高燃油经济性并降低污染排放。然而,HEV的驱动系统设计及控制比起传统汽车要复杂得多。为达到节油减排的目的,提出了一种关于HEV驱动系统的系统设计理论并且探究其动力系统控制策略。然后,介绍了某公司生产的混联式混合动力城市客车的动力系统参数。最后,以该混合动力客车验证了该设计模式下的驾驶性能。     

Steering control algorithm for efficient drive of a mobile robot with steerable omni-directional wheels

Omnidirectional mobile robots are capable of arbitrary motion in an arbitrary direction without changing the direction of wheels because they can perform 3-DOF motions on a plane. This paper presents a novel mobile robot design with steerable omnidirectional wheels. This robot can operate in either omnidirectional or differential drive modes, depending on the drive conditions. In the omnidirectional mode, the robot has 3 DOF in motion and 1 DOF in steering, which can function as a continuously variable transmission (CVT). The CVT function can be used to enhance the efficiency of the robot operation by increasing the range of the velocity ratio of the robot velocity to wheel velocity. The structure and kinematics of this robot are presented in detail. In the proposed steering control algorithm, the steering angle is controlled such that the motors may operate in the region of high velocity and low torque, thus operating with maximum efficiency. Various tests demonstrate that the motion control of the proposed robot works satisfactorily and the proposed steering control algorithm for CVT can provide a higher efficiency than the algorithm using a fixed steering angle. In addition, it is shown that the differential drive mode can give better efficiency than the omnidirectionaldrive mode.     

凸轮在下肢外骨骼驱动中的应用及分析

以功能设计为出发点,设计下肢外骨骼驱动机构,与从模拟人体腿部肌肉运动的角度出发设计下肢外骨骼驱动的思路有明显不同。由于下肢运动的复杂性,传统的驱动方式在控制上很好实现下肢的行走运动很困难且成本很高,而提出的用复杂的步态曲线来反求设计凸轮外轮廓并用其作为下肢助行器的驱动机构,巧妙的避开了下肢外骨骼中关于如何实现运动控制的难点问题。同时,针对其存在的不能适应步态实时调整的问题也进行了结构补偿,以使外骨骼机构能在一定范围内实现速度的变动。     

基于PC9S12XS128MCU的新型视觉智能车控制系统设计

以飞思卡尔半导体有限公司生产的PC9S12XS128MCU为核心控制单元,设计了一款可以自主循线行驶的智能车。控制系统部分主要包括电机驱动模块、舵机驱动模块、路径识别模块、电源模块等,通过对各种软、硬件控制方案的综合比较,采取最优方案控制车模在道路上的行驶速度和方向。实验结果表明,该智能车完全可以按照人为设计的路径准确自主行驶。     

提高蜗轮付运动精度的控制系统

本文将控制论引人机床结构设计,按照信息传递的观点分析了滚齿机传动链的动态误差,并且成功地设计出了消除传动链误差的机械反馈机构。经过两年多的运行考核证明,这种系统具有结构简单,性能稳定和效果显著等特点。根据在Y3180H型滚齿机上实用的情况表明,可使该机床的加工精度由7级提高到5级。该设计和实验证明,以控制论的观点重新认识和设计机床机械系统,是一项有相当意义的工作。     

Disturbance observer and adaptive controller design for a linear-motor-driven table system

This paper presents a disturbance observer and adaptive controller design for a direct drive motion control system. An indirect adaptive controller is implemented to achieve desired tracking performance as well as deal with system parameters variation. To reduce tracking errors, a newly designed adaptive feed-forward controller is proposed based on an on-line estimated inverse model of the linear motor drive system. A digital disturbance observer is implemented to be included in the proposed feedback-feed-forward control structure to compensate for the undesired nonlinearity and external load disturbance of the direct drive system. Experimental results show that this control scheme can achieve superior contouring accuracy, disturbance rejection and robustness under the influence of friction and cogging force.     

基于ATmega16的无刷直流电机调速系统

自动离合器取消了离合踏板,采用电控驱动装置实现自动离合。针对自动离合器接合过程中要实现平稳接合与快速分离的问题,采用无刷直流电机来驱动离合器执行机构。介绍了用于驱动离合器执行机构的无刷直流电机调速系统,系统以ATmega16为核心实现快速控制,以脉冲宽度调制(PWM)调速技术实现了稳定调速,用ZLG7290芯片实现了各数据的显示。研究结果表明,与常规调速系统相比,该调速系统具有调速范围宽、动态响应性能良好和系统稳定等优点,能够满足自动离合器自动控制的要求。