3-RRRT并联机器人轨迹跟踪控制研究

为了实现3-RRRT并联机器人的轨迹跟踪控制,在运动学分析的基础上,应用拉格朗日方程建立了3-RRRT并联机器人的动力学模型。设计了基于计算力矩算法的控制律,并利用Matlab软件进行了控制器仿真。仿真表明计算力矩控制可以使3-RRRT并联机器人实现全局稳定的动态轨迹控制。     

三自由度并联机械手动力学分析与控制

以三自由度Delta并联机械手作为研究对象,在Simulink环境下建立基于虚功原理法得到的并联机构系统动力学求解模型,并在Simmechanics中建立系统物理模型。在系统动力学方程的基础上设计了基于动力学的模糊解耦控制器,综合考虑了机构的运动学和动力学特性。给出平台运动的期望轨迹,分别在Simulink和Simmechanics中进行逆动力学仿真分析,验证逆动力学方程的准确性,之后进行模糊解耦控制Simulink/Simmechanics联合仿真分析。运行结果表明,Delta机械手的响应符合预期期望,精度高于计算力矩控制,跟踪效果较好。     

基于计算力矩法的3-RRRT并联机器人控制研究

为了实现3-RRRT并联机器人的轨迹跟踪控制,在运动学分析的基础上,应用拉格朗日方程建立了3-RRRT并联机器人的动力学模型.设计了基于计算力矩算法的控制律,并利用Matlab软件进行了控制器仿真.仿真表明计算力矩控制可以使3-RRRT并联机器人实现全局稳定的动态轨迹控制.     

一种6-DOF冗余驱动并联机器人模型分析与运动控制

主要研究8输入6-DOF冗余驱动并联机器人的动力学特性和运动控制方法,首先描述了该机器人的运动学约束条件,并分析其运动学特性;随后采用拉格朗日法建立机器人动力学模型,并设计模糊自适应PID控制器。最后运动学模型、动力学模型及模糊PID控制器进行了仿真,验证了模型的正确性和控制方法的有效性,为并联机器人参数选取和控制方案制定提供依据。     

新型磨机换衬板机械手的非线性控制系统设计

链式机械手是具有动态特性显著、非线性和强耦合的复杂系统。针对磨机换衬板机械手的传统线性控制各关节跟踪精度低的问题,设计一种基于双速率计算力矩法的非线性系统控制器。首先,通过SolidWorks软件建立新型磨机换衬板机械手的三维模型;其次,采用牛顿—欧拉法建立链式机械手连杆动力学方程;最后,设计机械手的线性和非线性控制器,并使用Matlab/Simulink仿真软件建立控制框图,进行仿真对比分析。MATLAB仿真结果表明:双速率计算力矩法的非线性控制对比传统的平均重力补偿PD线性控制,其机械手各关节轨迹跟踪精度提高了近5倍,且稳态误差远低于1%,从而验证了基于双速率计算力矩法控制的高效性。     

机械手分散CMAC控制器

针对机械手动力学模型未知情况 ,采用类似于计算力矩法的控制器结构 ,设计了基于 CMA C神经网络分散控制器作为非线性估计器、PD控制器作为跟踪外环的机械手控制方案。分析了该控制方案的稳定性 ,通过仿真验证了该控制方法的有效性。结果表明 ,在未知机械手动力学的情况下 ,控制系统的运行仍是有效的 ,并且不同于传统的自适应控制器 ,不需要计算回归矢量 ,也不必对系统参数做任何线性假设。由于采用分散CMAC结构 ,简化了控制器实现的复杂度 ,易于采用大规模可编程数字逻辑阵列和 ASIC数字电路予以硬件实现。     

平面2自由度并联机器人的解耦控制和仿真分析

以平面2自由度并联机器人为研究对象,推导其运动学模型,在运动学模型的基础上结合欧拉-拉格朗日动力学方程推导其动力学模型,根据得到的动力学模型引入计算力矩解耦控制方法,并证明该方法在理想估计与非理想估计下,对应的李雅普诺夫函数是全局渐进稳定的,从而得到解耦控制率方程,根据控制率方程和机器人的实际结构参数搭建Simulink仿真模型,进行运动控制仿真,仿真方法有:基于传统PD控制器的计算力矩解耦控制仿真方法和基于自适应模糊控制器的计算力矩解耦控制仿真方法,仿真输出机器人跟踪给定运动轨迹的效果图和误差图。仿真结果表明,无论是在理想或非理想状态下,计算力矩解耦控制方法确实可以使控制系统趋于稳定,且跟踪误差小,通过比较可知,基于自适应模糊控制器的计算力矩解耦控制方法的效果更佳。     

一种新型两自由度柔性并联机械手的主动振动控制及其仿真

针对一种新型两自由度柔性并联机械手,在含有压电元件的有限元模型基础上,基于模态理论和滑模变结构理论,研究其振动主动控制问题。采用有限元法和模态理论建立系统的动力学模型。根据系统的性能要求,采用最优化方法确定滑移面,基于Lyapunov直接法设计滑模控制器。控制器能对系统的前几阶模态实施控制,实现机械手的振动主动控制。仿真结果表明,该控制器可有效地抑制柔性构件产生的弹性振动,减小并联机械手动平台的位置误差,从而验证了该控制器的可行性和有效性。     

二自由度并联机械手动力学控制方法

本文针对一种二自由度并联机械手高速运动状态下的动力学控制方法展开研究。通过对并联机械手简化刚体动力学模型的建模误差进行溯源分析,提出了一种基于双系数补偿分配策略的建模方法,对机械手的简化刚体动力学模型进行了优化,并基于该简化模型建立了机械手的动力学前馈控制方法。为进一步提高控制过程的鲁棒性,结合H_∞控制方法提出了一种H_∞+动力学前馈的控制方法。在建立机械手整机机电联合仿真系统的基础上,对所提出的两种控制方法进行了详细的仿真和对比。仿真结果表明,本文提出的控制方法可以减少力矩扰动对伺服电机输出带来的影响,大大减小了机械手末端的定位误差,提高了机械手的控制精度。     

3-RPS并联机器人动力学分析及控制

运用牛顿—欧拉方法建立3-RPS并联机器人机构的逆动力学模型。通过使用Simmechanics将并联机器人物理模型导入Matlab/Simulink中,利用Simulink对机构进行动力学仿真以及验证机构的逆动力学模型。针对并联机器人的建模不确定性,提出一种基于不确定性系统的鲁棒控制方案,即分别通过基于标称模型设计系统的计算力矩控制器,来镇定标称系统;通过构建Lyapunov函数来构建系统的鲁棒补偿控制器,来消除由于建模不确定性引起的跟踪误差。通过将控制模型导入Simulink中对其控制效果进行验证,其具有较低的稳态误差精度,效果优于计算力矩控制策略。     

一种3自由度并联柔索驱动柔性操作臂的建模与控制

以一种3自由度并联柔索驱动机器人为研究对象,研究这种并联柔性系统的控制规律。考虑到运动描述的唯一性及易测性,取约束关节的位置作为广义关节变量,用以描述操作臂的运动状态。在此基础上分析了操作臂的运动学和静力学关系,建立了并联柔性系统的动力学模型。然后,以轨迹控制为目标,分别基于刚性模型和柔性模型设计控制器,并对系统的性能进行分析和仿真。结果表明:基于刚性模型控制器的性能较差,而基于柔性模型的奇异摄动方法则可以获得较好的控制效果。     

六自由度并行机器人动力学模型及仿真

采用一种广泛应用于串行机器人动力学建模的方法──自然正交补（ＮＯＣ）法, 结合ｄ’Ａｌｅｍｂｅｒｔ虚功原理,推导出了不含约束力的六自由度并行机器人动力学模 型,并将它写成机器人动力学模型的一般形式,从而证明了在广义力对应的广义坐 标下,其惯性阵是对称、正定的。以此模型为基础,对一个典型运动进行了动力学仿 真,仿真结果验证了此模型的有效性。     

并联机构的动力学分析及其无模型智能控制

为解决并联机器人高度非线性、强耦合、数学模型复杂的问题,针对交流伺服电机驱动的并联机器人,在模型不确定情况下提出了一种针对2-DOF并联机器人的智能控制方法,设计了一个二输入的模糊控制器,该控制方法不需要前向运动学的求解。通过模糊控制器对PID参数进行实时整定,基于MATLAB进行动态仿真,仿真结果表明:模糊PID在轨迹跟综和带负荷运动的稳定性方面比线性PID具有更好的控制效果,可实现并联机器人的高精度实时控制。     

六自由度柔性关节机械臂的动力学分析

大多数的机器人都是在刚体动力学假设的基础上进行运动控制设计的,因此其在实际操作中的精度和效率受到一定的限制,而柔性机械臂可以很好地解决此类问题。首先给出了六自由度的柔性关节机械臂的简化模型,利用拉格朗日方法建立其动力学方程;然后以单自由度柔性关节机械臂为例,基于神经网络反演法对其控制率进行了设计;最后基于Simulink验证了控制器设计的有效性。     

Robust control of a 3-DOF hybrid robot manipulator

This paper introduces a 3-DOF hybrid robotic manipulator which is constructed by combining a parallel mechanism and a pantograph to increase the high stiffness, as well the as workspace. We analyze its kinematics and dynamics by applying Lagrange’s method. Subsequently, we propose a robust tracking controller based on the Lyapunov approach for the manipulator in the presence of uncertainty. The scheme consists of two parts. The first part is the model-based computed torque controller, which is used to stabilize the nominal robot system. The second part is a robust compensating controller, which is designed to handle the uncertainty in the system. We propose a controller designed in Cartesian coordinates. The proposed controller guarantees practical stability.     

积分切换面自适应滑模控制及其在并联机器人中的应用

针对交流伺服电机作为驱动装置的2-DOF并联机器人,设计出一种带有积分切换面的自适应滑模控制器。首先,带有积分运算切换面的变结构控制器使系统具有对未知参数变化和外部干扰不敏感的特性。其次,通过设计一种自适应律,实现对系统不确定量的在线辨识估计,以辨识结果实时调整控制器参数,以削弱系统抖动,提高了控制系统的实用性。仿真结果表明所设计控制器抗干扰能力强,能较好地实现2-DOF并联机器人各支路的运动控制,具有较好的稳定性和鲁棒性能。     

并串联复合机器人的鲁棒控制

针对并联机构具有较高的刚度和精度,但工作空间小的特点,提出一种由3自由度平动并联机构和放大机构相结合的机构,从而组成新型并串联复合机器人。根据拉格朗日方法,建立并串联复合机器人的动力学方程, 并讨论动力学方程的性质。研究并串联复合机器人的鲁棒控制问题,根据动力学的性质在笛卡儿坐标系中设计一种鲁棒控制策略。控制器由两部分组成:一部分为基于标称模型设计的计算力矩控制器,其作用是镇定标称的机器人系统;另一部分为一种基于Lyapunov方法设计的鲁棒控制器,其作用是消除不确定性对跟踪性能的影响。理论分析与仿真结果表明,该控制器对改善并串联复合机器人的轨迹跟踪精度十分有效。     

一种二自由度并联机构设计及空间误差建模

设计了一种应用于大构件装配的二自由度并联平台机构,该机构可以实现平移运动、旋转运动及平移和旋转的复合运动,承载力大,运动平稳。为使所设计的平台具有高的定位精度,以多体系统理论为基础,根据并联平台实际情况,推导出并联平台的空间误差模型,为进一步研究并联平台的误差补偿方法和相应的仿真分析奠定了基础。     

平面冗余驱动并联机构自适应滑模同步控制

基于Kane方程,建立了平面二自由度冗余驱动并联机构的动力学模型。基于轨迹轮廓误差,定义了机构的同步误差及滑模面,将动力学方程线性化,设计了自适应滑模同步控制器并对机构进行了稳定性分析。通过MATLAB仿真计算,并与计算力矩法进行比较发现,自适应滑模同步控制法优于计算力矩法,能够很好地实现轨迹跟踪。