柔性机器人的动力学建模及其控制*

本文首先综述了近年来在柔性机器人动力学建模方面所取得的进展，着重介绍了目前较常见的几种建模方法和模型，同时对柔性机器人的控制问题进行了评述，指出了今后研究的方向。     

柔性关节机器人非线性解耦控制

本文提出了一种柔性关节机器人模型的非线性解耦控制规律，并给出了全局线性化系统的变换方程。     

用多机器人系统完成柔性物体的跟踪控制

本文研究了用多机器人系统完成柔性物体的跟踪的控制问题，为了简化对这一十分复杂问题的表述，用一个柔性长杆代替了一般形状的柔性物体，在对象的一些力学性质被确立之后，提出了一个递阶控制策略。     

空间机器人柔性臂的动力学轨迹跟踪控制

机器人柔性擘控制问题是目前机器人研究中的一个重点和难点，本文动用基于关节的求逆技术，得到了有关大质量负载的空间机器人柔性臂动力学轨迹跟踪非线性控制问题的有效方法，并以一平面二杆空间机器人柔性臂为例进行了控制的仿真研究，仿真研究的结果表明，该方法具有较高的可靠性和良好的控制效果。     

一类受限柔性机器人的鲁棒性力／位置控制方法*

本文研究受限柔性连杆机器人的力／位置控制问题，首先导出受限柔性机器人的动力学模型，然后借助于微分几何理论将动力学模型转化为仿射非线性形式，再使用非线性反使系统线性化，最后对线性子系统设计变结构补偿器，使控制方法具有较高的精度和强鲁棒性。     

基于磁流变液的柔性机器人振动控制阻尼器

提出了一种基于磁流变液的振动控制阻尼器,实现对柔性机器人关节振动的半主动控制．利用磁流变 液在磁场作用下固液转换的快速、连续、可逆性能,提出了一种阻尼力连续可调的振动控制阻尼器的设计方法,建 立了其动力学模型,分析了其性能并将其应用于移动防化机器人上,建立了机械手肩关节振动模型并对振动衰减进 行了仿真分析．最后,研制了样机并进行了振动控制实验,实验结果验证了所提方法的有效性．     

柔性臂机器人控制方法的研究

柔性臂机器人由于具有质量轻、惯性小和能耗低等优点,在制造业和航空航天领域的的应用越来越广泛.但是柔性臂在运动过程中时产生的振动,使力和位置等控制精度大大降低,直接影响了机器人的响应速度和控制精度等运行指标,因此对其控制策略的研究显得十分重要.本文对柔性臂的常用控制方法进行了介绍,如PID控制、自适应控制、变结构控制等.指出柔性臂的控制方法在很多方面还存在共性的问题,并针对这些问题指出了今后的研究方向.     

基于柔性机器人的集成控制融合实验研究探讨

针对于柔性机器人复杂控制对象,本文提出了一种全新的控制策略――集成控制融合;并建立了开放性、模块化的通用机器人控制系统。目前正在实验室借助于此控制系统验证该控制策略的可行性及有效性。     

柔性内镜介入机器人模糊PID控制研究

柔性内镜以其损伤小、检查直观等优势在消化道疾病的诊断与治疗上得到广泛的应用,但其操作困难,因此研发有内镜机器人辅助医生进行内镜操作。在镜下介入手术操作过程中,人体生理活动增加了内镜远程操作的难度。针对生理活动对目标靶点位置的影响,分析内镜弯曲段结构,建立了柔性内镜机器人的运动学模型,并引入模糊PID控制策略来适应人体解剖结构、内镜参数等不确定因素影响,使内镜自动跟踪病灶靶点,避免人重复小范围的跟踪动作,提高控制精度。仿真表明,相对于传统PID控制算法,模糊PID控制算法可加快系统响应,降低系统稳态误差。     

使用机器视觉的柔性机器人装配质量控制

柔性机器人装配系统在现代制造系统中已越来越重要，装配质量控制是柔性机器人装配系统中的关键技术之一，装本质量控制的主要任务是检测装配状态的正确性并采取相应的措施施保证装配质量，本文提出了柔性机器人装配控制的模型以及实现这个模型的一些有效方法，最后给出一实例。     

一个机器人柔性装配规划系统

柔性装配及其装配顺序是近年来在计算机辅助制造和计算机集成制造系统方面一个十分重要的研究领域.在知识表示和专家系统技术的基础上.本文首先简述了几种装配顺序的表示方法,然后提出一个基于知识的柔性装配规划系统的原型及其典型机构装配顺序的计算机模拟.本文所提出的方法,可以推广至更复杂的装配工作,并且为CAM和CIMS的控制和编程提出新的要求.     

柔性遥操作机器人系统的滑模变结构控制

针对遥操作机器人系统,在空间与医疗手术中应用时出现的从机械臂柔性问题,为了提高跟踪性能,采用拉格朗日法结合假设模态法,建立了末端有集中质量的单连杆柔性从机械臂的动力学模型。在此基础上,设计了一种基于柔性从机械臂的遥操作机器人系统的新型滑模变结构控制方案。进行实例仿真,结果表明,控制方案能有效地抑制柔性从机械臂的弹性振动,自由运动情况下系统能较好地实现位置跟踪。     

柔性关节机器人高精度自适应反步法控制

为实现多连杆柔性关节机器人的高精度运动控制,首先对其建立完整的动力学模型,包含了连杆和关节动力学的耦合项、LuGre动态摩擦模型和关节回差等因素．然后针对该模型设计带观测器的自适应反步法控制器,对不可测项进行在线估计和补偿．理论分析证明了观测器的收敛性和闭环系统的稳定性．该方法在一个3DOF（degree of freedom）柔性关节机器人上进行仿真,仿真结果验证了观测器的有效性,并表明该控制器能够降低连杆跟踪误差,实现良好的轨迹跟踪效果．     

力矩输入有界的柔性关节机器人轨迹跟踪控制

为解决柔性关节机器人在关节驱动力矩输出受限情况下的轨迹跟踪控制问题,提出一种基于奇异摄动理论的有界控制器.首先,利用奇异摄动理论将柔性关节机器人动力学模型解耦成快、慢两个子系统.然后,引入一类平滑饱和函数和径向基函数神经网络非线性逼近手段,依据反步策略设计了针对慢子系统的有界控制器.在快子系统的有界控制器设计中,通过关节弹性力矩跟踪误差的滤波处理加速系统的收敛.同时,在快、慢子系统控制器中均采用模糊逻辑实现控制参数的在线动态自调整.此外,结合李雅普诺夫稳定理论给出了严格的系统稳定性证明.最后,通过仿真对比实验验证了所提出控制方法的有效性和优越性.     

机器人机构柔性研究

本文研究并首次提出了六自由度机器人机构柔度的定量计算方法,编制了相应的应用软件,以各种典型关节型机器人为例,在 SGI 工作站上实现了柔度的定量分析计算及其三维图形仿真,给出了工作空间内平行于子午面的任意节面上机构等柔度曲线.研究成果为机器人的性能分析。避障,轨迹规划等研究提供了有力的手段.     

一种欠驱动柔性机器人模型的建立及控制

采用Lagrange建模方法建立了欠驱动柔性自平衡机器人的数学模型,对柔性关节部分考虑了其弹性势能,仿真验证了模型的正确性,刚度越大,机器人上半身角度跟踪越快.采用线性二次型最优控制有效地控制了柔性机器人的平衡问题,通过实验,验证了在状态不完全可观测情况下系统的可控性,实验表明,只需机器人上半身部分安装传感器即可控制机器人达到平衡状态.对机器人结构的设计提供了参考.     

柔性结构机器人优化设计

本文提出了柔性结构机器人优化设计问题.将机器人结构重量函数和弹性变形能函数采用线性加权组合成多目标函数,并取精度、应力、驱动力矩等限制条件作为约束方程进行优化.其优化解确定了具有一定结构柔性和最轻结构重量的柔性结构机器人各臂的最佳横截面相对几何尺寸参数.     

机器人弹性手臂的模型与控制

本文介绍了弹性机器人的建模方法及其控制。给出了在单连杆条件下采用模态分析法的模型.对约束模态、非约束模态的应用进行了比较,并讨论了采用模态分析法时截断高阶模态后产生的溢出现象.最后给出了单连杆的仿真结果.     

带扩展卡尔曼滤波的柔性关节机器人虚拟分解控制

针对柔性关节机器人在非完全状态反馈条件下的轨迹跟踪控制问题,本文提出一种基于虚拟分解控制(virtual decomposition control,VDC)理论和扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filtering,EKF)观测的控制方法.首先,考虑模型参数的不确定性和外界扰动因素,分别设计刚性连杆子系统和柔性关节子系统的虚拟分解控制律.然后,为突破现有VDC方法依赖于全状态反馈测量的局限,设计一种基于EKF的间接状态观测器,实现了仅需电机侧位置和速度测量而不需连杆侧任何状态信息测量的闭环控制.此外,结合虚拟稳定和李雅普诺夫稳定理论给出了严格的系统稳定性证明.最后,实例对比仿真验证了所提出控制算法的有效性,且相比于基于传统拉格朗日整体动力学的典型算法,具有更优的轨迹跟踪性能.     

重载工业机器人控制关键技术综述

本文围绕影响重载工业机器人控制性能的关键技术进展进行了综述。首先针对目前重载工业机器人运动规划中关于规划空间选取、基函数选取、运动规划最优性问题及其所对应的算法进行了分析。然后分析了重载工业机器人所存在的不同类型的柔性环节,并对其相应的控制算法进行了分类综述。最后给出了相应结论。