模糊自适应控制在柔性机器人操作臂中的应用

将拉格朗日和假设模态法相结合，建立了柔性机器人操作臂的动力学方程，并提出了一种模糊自适应控制策略。在柔性操作臂末端带有不同的载荷时，分两种情况进行了控制仿真实验；定位控制和轨迹跟踪控制。与PD控制仿真实验的结果相比较，模糊自适应控制器在轨迹跟踪和振动抑制方面反映出更好的稳定和鲁棒性能。     

排爆机器人五自由度操作臂动力学分析

结合排爆机器人的研制,针对安装于排爆机器人移动平台上的五自由度操作臂实际结构,首先测算出操作臂的惯性参数,并由此建立动力学模型,推导出拉格朗日动力学方程和参数;然后模拟排爆抓取任务,规划了操作臂各关节三段式五阶多项式运动规律,由动力学方程仿真求得各关节电机的力矩变化规律,并结合电机性能参数验证了运动规划的合理性。     

机器人操作臂动力学参数的动静态辨识方法研究

针对机器人惯性参数辨识的问题,提出了一种机械臂动力学参数的动静态混合辨识方法。在静态辨识中,通过变换机械臂的构型构造多维矩阵,利用机器人基座六维力传感器采集的三维力及力矩值,采用最小二乘法求解机械臂各连杆质量与质心坐标的乘积,为动态辨识过程消去待辨识参数的二次方项,降低辨识的复杂度。利用静态辨识结果,基于牛顿-欧拉算法推导参数解耦形式的机械臂动力学方程。在动态辨识中,规划各关节按照特定的组合方式运动,根据采集的各关节的力矩、速度及加速度值,采用伪逆法辨识各连杆的惯性张量以及质心坐标,继而完成动力学参数的全辨识,算法的参数辨识误差低于0.7%。最后,通过仿真实验验证了该辨识算法的正确性与可行性。     

柔性机器人臂协调操作的协调性

针对具有柔性臂和柔性关节的机器人协调操作刚性负荷，由载荷分配法分配载荷，以物体实际的质心位置为边界条件并且等于期望的轨迹，建立了具有柔性臂和柔性关节的机器人臂协调操作的逆动力学模型。这种基于绝对坐标的逆动力学模型可使各协调机器人保持很好的协调，并且较准确地实现期望轨迹。通过与通常的方法相比，分析了影响机器人协调操作的协调性的因素，实例验证了有效性。     

管道清灰机器人操作臂优化设计模型的建立

为使管道清灰机器人操作臂机构的优化设计过程简化,经分析管道清灰机器人操作臂的特点,将其分解为六连杆转斗机构和举升机构两大功能相对独立的子机构。通过选取对操作臂性能影响最大的初始铲取位置时的传动比的倒数为目标函数,以边界约束、性能约束、运动协调性约束、油缸稳定性约束等为条件,建立了管道清灰机器人操作臂优化设计数学模型。应用Matlab/Simulink软件编制了优化计算程序,分析得到了管道清灰机器人操作臂的优化尺寸参数。为管道清灰机器人的整体优化提供了思路,同时,为今后此类六杆机构的设计提供一定的理论依据和方法。     

模架式关节型机械操作臂的设计研究

根据轴孔装配机器人对机械操作臂的基本要求,在对机械操作臂传动机构进行分析的基础上,运用模块化设计思想对关节型机械操作臂进行模块化设计探讨,并简要介绍了其设计过程和结果。     

全向移动操作臂动力学建模与实验分析

为了提高全向移动操作臂的控制精度,建立其运动学模型与动力学模型。首先,根据Mecanum轮的特性建立全向移动平台运动学模型,根据DH法则推导5自由度操作臂的运动学方程,并将操作臂基坐标与移动平台质心合而为一,推导出统一运动学方程;然后,在统一运动学模型的基础上,运用第二类拉格朗日方程,考虑移动平台和操作臂之间的耦合关系,考虑能量耗散问题,建立全向移动操作臂统一动力学模型;最后,依据设计搭建实验样机,并采用两种不同的转矩间接测量方法,在样机以不同运动方式情况下测量实时转矩,将之与由动力学方程算得的转矩计算值对比。结果表明,所建动力学模型正确可靠,为以后的运动控制提供了理论基础。     

柔性臂机器人协调操作的内力分析

针对柔性臂机器人协调操作刚性负载这种情况,提出了一种无内力载荷分配法。将此方法和基于绝对坐标并以被操作物体质心的实际位置而不是名义刚性益为边界条件的递动力学模型相结合,可使协调机器人之间具有较小的内力。同时较准确地实现期望轨迹。对两个三柔性臂机器人协调操作刚性负载进行了仿真,验证了本方法的有效性。     

轻型操作臂结合部弹性约束动力学特性及实验研究

对结合部弹性约束下轻型操作臂系统的动力学特性进行了研究。首先,基于结合部的线约束刚度,建立了轻型操作臂的弹性约束模型,得到系统的频率特性方程;其次,基于建立的弹性约束模型,采用哈密顿变分原理推导了系统的振动位移方程;最后,采用理论仿真和实验方法对轻型操作臂弹性约束系统的动力学特性进行分析,探讨了结合部弹性约束对系统动态特性的影响机理。研究结果表明：所建弹性约束模型能够表征结合部的弹性约束作用,尤其对高阶模态的分析具有较高精度;在弹性约束区域内,频率与约束刚度之间具有幂函数关系特征,前两阶频率拟合误差分别小于0.08%和0.45%;振动位移分析误差为2.38%,通过实验验证了系统弹性约束模型和动力学分析结果的正确性。     

机器人操作臂振动的最优控制理论研究

本文就操作臂的末杆在其运动终点的振动控制问题进行了理论研究。首先建立了末杆的力学模型,并用有限元法建立了该模型的动力学方程;然后建立了振动控制问题的框图,并给出了有关的传递函数和脉冲响应函数的表达式;进而建立了振动抑制问题的最优控制的数学模型;最后就该数学模型提出了一种近似解析方法,并给出了一示例。     

二自由度机械手鲁棒跟踪控制器的一种设计方法

叙述了鲁棒控制系统在二自由度机械手上的设计方法及仿真结果。此方法考虑了机械手的非线性和强耦合特性,用一个结构和参数都是固定不变的控制器,来保证即使不确定性对系统的性能品质影响最恶劣的时候也能满足设计要求。以两个自由度的机械手为例,对于应用此理论所得到的控制规律跟踪预先指定的轨迹进行了仿真研究,其仿真结果表明此方法是较为理想的。     

一种新型自重构模块机器人的设计和运动策略

设计了一种运动类型为网格型、运动空间为三维、被称为M—Cubes的新型自重构模块机器人，介绍了单个模块的硬件设计。M—Cubes模块由一个中心体和6个可独立旋转的连接面组成，中心体内部的驱动电机通过减速器、锥形齿轮、带轮、离合器来驱动6个连接面的转动及每个连接面上销的伸缩。在对模块进行恰当描述的基础上，给出了一种利用驱动函数的分布式控制方法。最后，利用Java 3D对变形运动进行了仿真，验证了该变形方法的可行性和有效性。     

一种模块化水下机器人的设计

介绍了一种模块化设计的水下机器人。按各功能模块将水下机器人分为探测识别舱段、动力推进舱段、控制舱段和艉部去流舱段。并具体对每个舱段的设计作了分析。经试验表明,机器人能较好地完成水下作业任务。     

足式教学机器人的模块化设计

为了使教学机器人具有开放式、可重构的结构,以满足教学需求,根据模块化设计的原则对足式教学机器人进行了模块划分和模块化设计,使各模块构成的整体结构能协调运动,使之能适应不同的教学环境,完成多变的动作任务,激发学生的创造力以及对机器人知识的浓厚兴趣和热情。     

刚性臂机器人自适应控制方法研究进展

综述了近年来刚性臂机器人自适应控制方法的研究现状，重点对应用于刚性臂机器人自适应控制的模型参考自适应控制、基于计算力矩的自适应控制和基于无源性的自适应控制等控制方法进行了分析比较，最后提出了今后应该研究的内容。     

有限元和拓扑联合优化方法及其在机器人结构轻量化设计中的应用

针对协作机器人轻量化和动态特性的问题,本文提出了一种联合整体有限元分析和局部拓扑优化的机器人轻量化方法,并将其应用于设计一款六自由度协作机器人。该方法通过对整体进行有限元分析得到要优化部件的载荷及边界条件,从而基于上述条件对该部件进行拓扑优化,得到优化结构。优化结果表明优化后结构相对于初始结构整体减重4.83 kg,仿真结果为末端位移减小至2.57 mm,实测为2.88 mm,均达到目标要求,同时将整机六阶固有频率提高11.30%左右,高于当前文献所采用的拓扑优化所提高的1.69%。最后面向交叉韧带定位实验证明了该方法的有效性。     

一种新型自重构模块的设计

文章论述了自重构机器人的类型,国内外的发展情况,并提出了一种新型自重构模块。讨论并分析了设计模块机构阶段所遇到的问题,特别是离合器的机构设计,以及必须遵守的两种状态。为了使控制简单,采用开关量控制,把旋转面对接机构设计为差动连接,并对该模块机器人的运动形式和步态作了进一步解释。     

模块化教学机器人平台设计

模块化是机器人设计的主要发展方向。建立了一个用于实践教学的模块机器人平台,介绍了通用模块库中各个模块的功能,以及在实验中根据任务设计专用模块,并使用3D打印技术完成专用模块制作。实验结果表明该平台在机器人设计的实践教学中取得了良好效果。     

一种串联机器人的全局参数优化设计方法

针对串联机器人物理参数方程的非线性导致的只能对串联机器人进行局部优化的问题,提出了一种基于线性矩阵不等式的全局优化方法。该方法从串联机器人机构与控制协同设计的理念出发,通过将非线性动力学方程的求解转化为线性矩阵不等式的优化问题,以消耗能量最小的方式来分析串联机器人指定动作下的动态特性,进而从全局角度来获取质量、几何尺寸、惯量等最优物理参数。用该方法指导4自由度重载机器人样机设计,运行效果验证了该方法的有效性。     

某型号搬运机器人倍速平移机构轻量化设计

在满足一定刚度的条件下,要求搬运机器人的倍速平移机构的高速运动部件减轻质量,以减少主机器人驱动功率,达到降低成本、提高机器人的操作精度和生产节拍的目的。首先运用多刚体系统动力学分析得到倍速平移机构主梁结构所受的动态载荷;然后利用有限元法进行瞬态响应分析;最后用等效静态载荷法计算得到等效静态载荷,并将该载荷作为力边界条件,运用变密度法建立拓扑优化模型,对倍速平移机构主梁结构进行轻量化设计。与优化前模型相比,优化后主梁质量减少了8.9%,同时其刚度提高了14.0%。