平面4自由度欠驱动机器人的位置和姿态控制

基于模糊控制理论,研究水平运动的4自由度欠驱动机器人位置和姿态控制问题。平面4自由度欠驱动机器人是具有冗余度和欠驱动双重特征的复杂二阶非完整系统,利用主动关节和被动关节加速度之间的耦合作用控制被动关节的运动,同时实现机械臂末端的轨迹跟踪和末杆的姿态控制。根据分层控制思想,提出双模态模糊PID复合控制算法,针对两个子任务分别设计控制器。通过Matlab和ADAMS的联合仿真验证算法的有效性,在基于可编程多轴运动控制卡的试验台上实现平面4自由度欠驱动机器人的位置和姿态控制试验。仿真和试验结果表明,所设计的模糊PID复合控制器对平面4自由度欠驱动机器人末杆的位置和姿态控制是可行、有效的。     

欠驱动机器人最优运动轨迹生成与跟踪控制

以被动关节自由的欠驱动机器人为研究对象,对其最优运动规划与轨迹跟踪控制问题进行研究,控制目标为实现欠驱动机器人关节的任意位置控制.对欠驱动机器人系统的可控性条件进行分析,提出部分稳定规划器的思想,利用遗传算法对建立的适应度函数进行全局优化,得到部分稳定规划器的最优切换顺序.利用变结构控制方法进行反馈控制,实现了期望轨迹的精确跟踪.提出的方法一方面利用遗传算法的全局搜索能力,不必考虑机器人的严格线性化,能够快速、准确地实现路径寻优,且具有很好的稳定性:另一方面采用的变结构控制方法能够对系统干扰及参数变化具有良好的自适应性,因此本方法可以很容易推广到多自由度欠驱动机器人系统控制当中.通过末关节为被动关节的平面3自由度机器人进行仿真,仿真结果证明了方法的有效性.     

基于模糊控制的2R欠驱动机器人位置控制

基于模糊控制理论,研究2R欠驱动机器人关节的位置控制问题.在被动关节附加电磁制动器以控制关节间的耦合状态.根据电磁制动器的工作状态,将欠驱动机器人的位置控制分为两个阶段.第一阶段,制动器解锁,利用被动关节加速度与驱动关节转矩间的动力学耦合效应,间接控制被动关节沿预定轨迹运动到预定位置,同时总结模糊控制规则,设计用于控制被动关节运动的模糊控制器.第二阶段,制动器锁定,然后驱动关节运动到预定位置.设计并搭建了基于可编程多轴运动控制卡的试验控制系统.最后通过试验成功实现2R欠驱动机器人关节的位置控制.试验数据表明,模糊控制方法对于机器人被动关节具有较高的位置控制精度,鲁棒性良好,并且不依赖于机器人动力学模型,实时控制的计算量小,体现出智能控制的优越性.     

欠驱动机械臂多轴耦合控制轨迹跟踪实验

对于水平3自由度欠驱动机器人的末端轨迹跟踪,两主动关节同时耦合控制被动关节是研究的一个难点。文章以以模糊控制为理论基础,采用多输出控制策略,编制出了多输出模糊控制器,在水平3自由度欠驱动机械臂实验台上进行末端轨迹控制,实现了两主动关节同时耦合控制被动关节的目的。所得试验结果与单输出控制策略的末端轨迹控制进行了对比分析,结果表明,多输出控制比单输出控制有更高的控制精度。     

基于模糊PID的欠驱动水下机器人路径跟踪方法研究

针对不同环境和任务下欠驱动水下机器人的路径跟踪问题进行相关研究,在分析水下机器人控制模型的基础上,基于视线法提出了一种欠驱动水下机器人路径跟踪控制方法。基于模糊控制算法,设计了一种模糊PID控制器,并将其应用于欠驱动水下机器人的艏向跟踪控制。采用PC104设计了水下机器人的控制系统,并给出了硬件结构框图。最后,对水下机器人路径追踪效果进行了仿真和试验,结果表明基于模糊PID控制器的欠驱动水下机器人路径跟踪控制方法可保证机器人沿规划路径航行,而且该控制系统具有较强的鲁棒性。     

基于自整定模糊PID控制算法的电液伺服系统设计

本文针对传统PID控制器控制六自由度并联机器人所存在的响应速度慢、控制精度不高和鲁棒性差等问题,采用自整定模糊PID控制算法设计了模糊PID控制器.根据给定语言变量建立隶属度函数,设计模糊控制规则.最后,利用Matlab语言仿真模糊PID控制器和普通PID控制器对开环传递函数的响应.结果表明所设计模糊PID控制器具有响应速度快、鲁棒性强、精度高和无超调等特点,提高了六自由度并联机器人的控制性能.     

基于新型PD模糊控制方法的机器人轨迹跟踪

研究了一类基于模糊规则的变参数PD控制方法.对于模型未知对象,常规PD控制器参数的整定一般要基于一些经验知识,这对PD参数的整定带来一定的困难.该文采用TS模糊控制,将模糊控制和PD控制相结合组成一种复合控制器.这种控制方法兼备模糊控制和PD控制的优点,具有广泛的应用价值.二自由度机器人仿真和实验表明了该控制方案的可行性.     

二自由度机器人的分层模糊控制

通过对不确定机器人轨迹跟踪控制特点的研究,提出了一种基于遗传算法的分层模糊控制方案,使得模糊规则个数和可调参数个数大大减少,便于实时控制。并在二自由度机器人的仿真研究中,验证了该方案的有效性。     

磁流变阻尼器模糊控制的遗传算法优化

将磁流变阻尼器应用于某二自由度受迫振动系统,并针对该系统设计了磁流变阻尼器的模糊控制器。运用遗传算法对该模糊控制器的模糊控制查询表进行优化。仿真结果表明,经遗传算法优化的模糊控制器的稳定性和控制精度均得到有效改善。     

并联机器人的智能模糊滑模控制算法

针对以交流伺服电机驱动的二自由度并联机器人,设计了智能模糊滑模控制算法.该方法先设计动态滑模面,使系统的任意初始状态一开始就在滑模面上,消除了滑模控制的到达运动阶段,使系统在响应的全过程都具有鲁棒性;然后设计一种智能模糊控制器,用模糊控制器的输出取代滑模控制切换项的输出.仿真结果表明,该控制方法不仅增强了全局抗干扰能力,而且有效地消除了系统的抖振现象.     

欠驱动冗余度机械臂的动态自重构

分析了欠驱动冗余度机械臂不同机构模式下运动学模型及动力学模型之间的关系,给出了欠驱动机械臂工作于全驱动模式下的动力学操作性度量指标。提出了一种欠驱动机械臂工作在欠驱动模式时的基于非线性控制技术的自运动控制方法,利用少维数的控制输入实现了机械臂的多维关节空间的运动控制,使欠驱动冗余度机械臂能完成自运动流形控制。提出一种动态提高欠驱动冗余度机械臂工作于全驱动模式时的操作性能的方法,通过有两个被动关节的平面四关节欠驱动机械臂进行了仿真验证。     

Control of a manipulator robot by neuro-fuzzy subsets form approach control optimized by the genetic algorithms

In this paper, we describe a new form of neuro-fuzzy-genetic controller design for nonlinear system derived from a manipulator robot. The proposed method combines fuzzy logic and neuronal networks which are of growing interest in robotics, the neuro-fuzzy controller does not require the knowledge of the robot parameters values. Furtheremore, the genetic algorithms (GAs) for complex motion planning of robots require an evaluation function which takes into account multiple factors. An optimizing algorithm based on the genetic algorithms is applied in order to provide the most adequate shape of the fuzzy subsets that are considered as an interpolation functions. The proposed approach provides a well learning of the manipulator robot dynamics whatever the assigned task. Simulation and practical results illustrate the effectiveness of the proposed strategy. The advantages of the proposed method and the possibilities of further improvements are discussed.     

机械手时间最优轨迹规划方法研究

提出一种基于模糊遗传算法的机械手时间最优轨迹规划方案。该方案对简单遗传算法进行了改进，将模糊原理应用于遗传算法，形成了模糊遗传算法，对遗传算法中的交叉概率及变异概率进行模糊控制，提高了算法的收敛速度，有效地避免了初期收敛的发生，在进行时间最优轨迹规划时，综合考虑了机械手的运动学与动力学特性，采用罚函数方法来处理力矩约束。经仿真研究表明，该方法简单实用，适用于大范围空间的轨迹规划，克服了传统的非线性规划方法容易陷入局部极小的不足。     

欠驱动机器人研究综述

欠驱动机器人是指控制输入小于系统自由度的机器人,具有重量轻、成本低、能耗低等众多优点,目前已引起学者们的广泛关注。重点介绍了欠驱动机械臂在动力学建模、动力学特性、可控性分析、轨迹控制和系统的稳定性、鲁棒性研究等方面的发展现状,并对欠驱动机器人的研究方向进行了展望。     

Position and attitude tracking control for a quadrotor UAV

A synthesis control method is proposed to perform the position and attitude tracking control of the dynamical model of a small quadrotor unmanned aerial vehicle (UAV), where the dynamical model is underactuated, highly-coupled and nonlinear. Firstly, the dynamical model is divided into a fully actuated subsystem and an underactuated subsystem. Secondly, a controller of the fully actuated subsystem is designed through a novel robust terminal sliding mode control (TSMC) algorithm, which is utilized to guarantee all state variables converge to their desired values in short time, the convergence time is so small that the state variables are acted as time invariants in the underactuated subsystem, and, a controller of the underactuated subsystem is designed via sliding mode control (SMC), in addition, the stabilities of the subsystems are demonstrated by Lyapunov theory, respectively. Lastly, in order to demonstrate the robustness of the proposed control method, the aerodynamic forces and moments and air drag taken as external disturbances are taken into account, the obtained simulation results show that the synthesis control method has good performance in terms of position and attitude tracking when faced with external disturbances.     

基于遗传算法的数控机床进给伺服系统模糊PID位置控制研究

文章针对电机引入的非线性、参数不确定性及对位置伺服系统快速定位和无超调的要求问题,提出了一种新的位置控制方法,即基于遗传算法的模糊PID位置控制。该方法结合遗传算法和模糊PID控制的优点,利用遗传算法优化模糊PID控制系统的模糊控制规则,通过模糊控制规则对PID参数进行实时修改。仿真结果表明,这种位置控制器具有良好的稳态精度和动态响应,与传统比例位置控制的伺服系统相比,具有良好的动态、稳态性能以及较强的鲁棒性。     

Nonlinear state feedback controller design for underactuated mechanical system: A modified block backstepping approach

This paper presents the formulation of a novel block-backstepping based control algorithm to address the stabilization problem for a generalized nonlinear underactuated mechanical system. For the convenience of compact design, first, the state model of the underactuated system has been converted into the block-strict feedback form. Next, we have incorporated backstepping control action to derive the expression of the control input for the generic nonlinear underactuated system. The proposed block backstepping technique has further been enriched by incorporating an integral action additionally for enhancing the steady state performance of the overall system. Asymptotic stability of the overall system has been analyzed using Lyapunov stability criteria. Subsequently, the stability of the zero dynamics has also been analyzed to ensure the global asymptotic stability of the entire nonlinear system at its desired equilibrium point. The proposed control algorithm has been applied for the stabilization of a benchmarked underactuated mechanical system to verify the effectiveness of the proposed control law in real-time environment.     

欠驱动柔性机器人的动力学建模与耦合特性

运用有限元法,建立具有柔性杆的欠驱动机器人的动力学一般模型。以此模型为基础,分析系统的主动与被动关节的加速度耦合和被动关节与驱动力矩的动力学耦合效应,并针对欠驱动柔性机器人,提出柔性杆弹性变形分别与主动关节、被动关节动力学耦合的新指标。将欠驱动柔性机器人的被动关节加速度耦合和力矩耦合仿真结果与刚性系统相比较,在某个驱动器位置,柔性系统得到较大的耦合值,说明此时柔性系统更加有利于能量的传递,体现了杆件的弹性变形对系统动力学特性的影响。同时,数值仿真还表明这些动力学耦合指标对欠驱动机器人的结构设计、位形设计、驱动装置位置及系统控制都具有重要意义。     

模糊控制在移动机器人路径跟踪控制中的应用

对含不确定性的移动机器人系统设计了自适应模糊路径跟踪控制方法,此方法采用模糊逻辑系统逼近控制器中的不确定函数,基于时变死区函数对模糊逻辑系统中的未知参数进行自适应调节,并对时变死区设计了自适应律。文中证明了此方法可使跟踪误差收敛到原点的小邻域内。仿真算例验证了此方法的有效性。