空间机械臂模块化关节传感系统设计

设计了空间机械臂模块化关节的传感系统,该系统包括力矩传感器、位置传感器、温度传感器和限位传感器等多种传感器.该系统为空间机械臂提供了丰富的感知能力,可实现位置控制、力控制及主动柔顺控制等多种控制策略.为了实现对关节位置的高精度测量,采用传感器信息融合的方法,并建了关节位置精度测量实验台.实验结果表明,关节位置精度可达0.03°,满足技术指标要求.     

冗余度机械臂协调容错操作中的关节速度突变

针对两协调机械臂在发生锁定关节故障的容错操作中关节速度突变问题进行了研究。首先将原机械臂关节速度与退化机械臂关节速度之差定义为容错操作中的关节速度突变;然后基于这一指标提出了相应的容错运动规划算法;最后给出了两个平面3R机械臂进行容错操作的仿真实例。研究结果表明,该算法可以有效地避免在容错协调操作中两机械臂出现的关节速度突变,提高容错操作的运动平稳性,从而改善机械臂容错操作的运动学和动力学性能。     

多关节式测量机械臂研究

介绍了一种用于三维数据测量的随动多关节型机械臂.在分析了该系统工作原理、系统组成的基础上,给出了机器人本体、数字采集电路、标定算法与数据处理等各部分的具体设计.     

基于UGNX的轴孔装配机械操作臂设计研究

随着冗余度机械操作臂的问世,各种先进的控制策略和驱动系统也接踵而来。这势必对操作臂的机械结构、质量、体积、位置和传动精度提出了更多新的要求。为了保证机械操作臂具有良好的工作性能,本文以一种轴孔装配的机械操作臂为探讨对象,基于UGNX平台,对其结构设计展开了研究,力争在简化自身机构的同时也力求简化其控制系统。     

机械臂关节控制系统及轨迹规划研究

关节是机械臂中相当核心的构成要素之一,其在整个机械臂的运动过程当中,需要完成的动作包括：动力产生、动力传递、运动精度控制、运动平稳性控制、以及运动安全性控制这几个方面。在当前技术条件支持下,机械臂关节部分的主要构成元素涉及到以下几个方面：其一为建立在电机基础之上的动力源,其二为行星齿轮或谐波齿轮所构成的传动装置,其三为位置传感器装置,其四为限速管理装置,其五为数据采集与处理电路,其六为驱动电路,其七为运动轴系部分。文章以机械臂关节控制作为研究视角,首先分析了在考虑柔性系统概念下的机械臂关节控制系统控制要点,进而简要分析了几类有关机械臂关节轨迹跟踪规划的技术方法,希望以上问题能够引起各方工作人员的高度关注与重视。     

考虑柔性关节的机械转动臂优化设计

本文以柔性机械转动臂为研究对象,在优化总体目标下建立了机械转动臂结构的数学模型,考虑了柔性机械转动臂动态特性和控制策略的函数。建立了以臂厚为变量,以臂结构尺寸为约束的臂弯曲模型和末端垂直静弯曲模型。通过对高速、低速工况下机械转臂的结果进行对比分析,优化后的机械转臂的重量比增大,刚度和强度提高,整体动力性能明显改善。     

基于DSP/FPGA的模块化柔性关节轻型机械臂

介绍了模块化柔性关节轻型机械臂的机械系统设计、传感器系统设计以及电气系统设计.整个机械结构设计与电气设计实现了机械臂的轻型化,提高了其负载/自重比.针对关节柔性的存在,给控制带来的巨大挑战,设计了基于DSP/FPGA的硬件结构,用来实现柔性关节轻型机械臂的实时控制与柔顺控制.     

机械臂柔性关节SEA设计与仿真分析

串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)可以有效提高关节的柔顺特性,但是也存在受力与形变强非线性的不足。为了提高SEA的线性特性,建立了双圆环间衔接曲梁模型,利用轴截面原点正应力公式求取梁模型不同点的应力公式,设计并验证了符合柔性关节的SEA;其次,对SEA的模型进行仿真分析,取7个点对其进行模型和实际的应力比较;最后,利用ANSYS对其进行强度仿真分析,分析各关节受力和变形,有效保证了SEA的线性特性,从而有效提高了柔性关节的力学特性。     

机械臂气动关节柔性抓取操控

针对机械臂不便于从物件上方直接进行抓取的情况,提出一种机械臂气动关节柔性抓取操控技术。分析机械臂常规抓取方式,剖析机械臂与物件接触间的几何约束关系,开展物件一边被抬起的受力情况。在此基础上,分析气动关节曲率和内压之间的线性关系,构建控制关节内压的机械臂柔性抓取操控技术。通过实物测试验证,采集物件曲率变化所对应手指内压变化情况,获取不同曲率下抓握平衡所需摩擦系数变化情况,通过手指和地面“相互对抗”,使纸条曲率变大且重心右移,从而成功实现了机械臂柔性抓取柔软物件,达到设计目标要求。     

利用加权广义逆矩阵减小协调机械臂容错操作时的关节速度突变

针对两机械臂容错协调操作中关节速度突变问题进行了研究。首先,给出了关节速度突变的定义;然后,提出了基于加权广义逆矩阵的容错运动规划算法;最后,利用两个3R机械臂将新算法与常规算法进行了对比仿真分析。研究结果表明,新算法可以比常规算法更加有效地减小两机械臂容错操作中的关节速度突变,进一步提高容错操作的运动平稳性。     

关节型机械臂高承载轨迹规划方法研究

针对关节型机械臂普遍具有负载自重比低的问题,提出了两种提高机械臂承载能力的轨迹规划方法。第一种为轨迹生成法,将运动过程分段,借助正确的动力学模型选取每段运动过程中的关节加速度值,然后,将所有的加速度值进行组合,生成一组力矩平滑的运动轨迹,避免了运动过程中出现过大的关节力矩峰值。第二种为轨迹优化法,预先选取一种标准预定义运动曲线作为运动轨迹,使用遗传算法优化运动曲线的参数,将机械臂的关节力矩峰值降到最低,同样避免了出现过大的关节力矩峰值。经过Adams仿真发现,相比于其他常用的各种轨迹规划方法,这两种方法明显提高了机械臂的承载能力。最后,通过实验,验证了所述方法的正确性与有效性。     

自驱动关节臂坐标测量机模块化关节设计

传统的关节臂测量机工作时是依靠工作人员牵拉实现运动和测量,存在路径规划不佳、主观性误差大、测量效率低等问题很难适应智能制造对在线自动测量系统的新要求。本文提出了利用含有无刷电机、谐波减速器及精密轴系的模块化关节构成自驱动关节臂坐标测量机的构想,并对模块化关节进行了构型设计,建立了单关节扭矩估算模型,在此基础上选择了关节2的电机和谐波减速器,设计了关节模块的测控电路,研制了单关节部件样机并进行了重复性实验。其中单方向测量数据表明,为保证较小的测量重复性误差,关节在运动时应尽量避免速度或加速度突变的运动形式;双方向测量的数据表明,当控制电机运动速率小于1.53rad/s时,测头因回弹产生误触发信号的概率较小,此时最大误差数据为±2.11″。上述实验也验证了模块化关节设计方案的可行性,为后续自驱动关节臂坐标测量机整机研制提供了理论和实验依据。     

大型空间机械臂容错关节设计与控制

关节是空间机械臂的核心部件,是保证空间机械臂安全、平稳运行的关键。针对电机失效概率较高的特点,进行了预防单台电机失效的容错关节设计,并建立了该关节的细化动力学模型,模型中考虑了间隙、啮合误差等非线性因素。基于此模型,进行了抗力矩饱和的非线性PD控制律设计,并利用精细积分方法对闭环系统进行数值求解。仿真结果表明:该容错关节可以在单台电机掉电或堵转时,保证关节的稳定、正常运行,且电机和关节的输出力矩均保持在许用转矩的范围内。     

柔性关节机械臂的非线性控制策略研究

针对外部干扰情况下的柔性关节机械臂非线性动力学模型,提出一种基于反演设计思想的递阶控制策略。把电机的输出角度向量作为关节子系统的控制变量,设计虚拟电机角度向量实现关节轨迹跟踪,同时在反演正定函数中综合积分项消除轨迹跟踪误差。计算实际的关节电机输出力矩,使电机输出角度跟踪虚拟控制量,通过设计自适应滑模变结构控制器消除系统不确定因素的影响。基于李雅普络夫稳定性理论证明系统的稳定性和轨迹跟踪误差的收敛性。     

柔性关节机械臂的非线性控制策略研究

针对外部干扰情况下的柔性关节机械臂非线性动力学模型,提出一种基于反演设计思想的递阶控制策略。把电机的输出角度向量作为关节子系统的控制变量,设计虚拟电机角度向量实现关节轨迹跟踪,同时在反演正定函数中综合积分项消除轨迹跟踪误差。计算实际的关节电机输出力矩,使电机输出角度跟踪虚拟控制量,通过设计自适应滑模变结构控制器消除系统不确定因素的影响。基于李雅普络夫稳定性理论证明系统的稳定性和轨迹跟踪误差的收敛性。     

柔性关节机械臂轨迹规划及振动抑制研究

针对工业机器人多自由度复杂机械臂系统,对其建立多刚体运动学模型,仿真验证末端运动轨迹的真确性。在此基础上,对机械臂系统的末端关节进行柔性化处理,添加随机柔性扰动,得到刚柔耦合机械臂较为真实的末端轨迹曲线。提出了基于混沌粒子群优化算法(CPSO)的振动抑制方案,通过CPSO算法对机械臂末端轨迹的插值参数进行优化,定义了柔性末端的振动变形最小的目标函数,并给出了具体的求解步骤。数值仿真结果表明,在满足系统约束条件的情况下,机械臂运行平稳,不存在角速度突变的情况,相比于基本粒子群优化算法,CPSO算法保证了粒子群体的随机性,提高了群体的多样性,且收敛速度较快,不会陷入局部最优,在CPSO优化下的柔性末端轨迹振动明显减小,从而说明CPSO算法能够有效优化轨迹规划参数,减小机械臂柔性末端的振动变形。     

两机械臂协调操作的容错运动规划

针对两机械臂协调操作中发生关节坏死这类故障时的容错运动规划问题进行研究。首先,建立了两机械臂协调操作的运动学方程,给出了容错空间的计算步骤。然后,构造了反映机械臂末端运动与容错空间相对位置关系的中心度指标,并基于这一指标提出了机械臂协调操作的容错运动规划算法。利用该算法可以确定被持物体的最优初始位置,从而同时实现故障时刻和故障后的容错操作。最后,利用两面积3R机械臂的仿真实例证明了其有效性。     

多关节机械臂的高阶滑模神经网络自适应控制

本文针对多关节机械臂提出了 一种高阶滑模神经网络自适应控制策略.在机械臂的动力学方程的基础之上,设置了滑模面,并对该滑模面求二阶导数,利用高阶滑模控制理论设计了机械臂的控制方案;高阶滑模控制分两步实施,针对标称系统采用了齐次连续控制项,对系统中存在外部干扰的情况添加了补偿项,并对系统中存在的不确定性采用RBF神经网络进...     

基于加速度反馈的柔性关节机械臂接触力控制

针对柔性关节机械臂从自由空间运动控制过渡到约束空间力控制的过程中,存在冲击、震荡甚至不稳定等问题,利用加速度传感器反馈控制,为柔性关节机械臂的接触力控制在较宽的带宽内提供阻尼,克服了利用单纯速度反馈控制带宽窄的局限。对柔性关节机械臂的接触力控制进行建模和基于加速度反馈的控制策略分析,并在柔性关节机械臂上进行了接触力控制的试验研究。结果表明,这种方法有效。     

多关节机械臂的坐标模型和参数标定

对多关节机械臂式三维坐标采集系统中使用的空间坐标模型和参数标定方法进行了研究.首先提出了具有普适性的杆件单元模型,并基于此建立了多关节机械臂式三维坐标测量机构的坐标模型.继而讨论了模型中各系统参数的标定问题,在研究基于最小二乘法和迭代的标定方法之后提出了一种基于实数编码型遗传算法的标定方法,它具有定标点数不受限制,精度高等优点.实验结果证明这种标定方法有较好的实用性和鲁棒性.