基于3D打印并联机器人机构的工作空间分析

以一种新型三自由度并联机构3-HSS为研究对象,对该机构进行运动学逆解分析,推导出该并联机构的运动学逆解方程,并求解了并联机构的雅可比矩阵,采用Gosselin几何法编程对该并联机器人的工作空间和边界进行研究,得到比较规则的工作空间,且该构型并联机构的工作空间连续,无空洞,并呈现一定的对称性。该研究能够满足当前3D打印技术的设计需求,并为并联机构进一步优化研究提供了理论依据。     

四足机器人容错性步态规划方法研究

四足机器人的运动具有较强的耦合性,任何一个关节出现故障都可能使机器人运动紊乱,从而导致严重的后果。为解决此问题,提出一种适用于关节锁定故障的容错性步态规划方法。通过四足机器人的浮动机体运动学模型,在锁定关节处建立冗余度方程;利用增广雅可比矩阵完成含有优化函数的冗余度方程求解,从而实现容错性步态规划。通过仿真分析和样机试验对所提方法的可行性和有效性进行了验证。结果表明,与现有方法相比,容错性步态规划方法能够有效地提高容错性步态的效率。     

基于LQR的二级旋转倒立摆电液控制系统研究

针对复杂环境下系统的不稳定、非线性和快速性等要求较高的特性,以及旋转式二级倒立摆相对于一级摆增加一个自由度,非线性、耦合特性和抖振更加严重的问题,通过建立理论模型,并设计了一种LQR控制器,测试确定控制参数,实现对旋转式二级倒立摆系统的稳定控制。仿真结果表明:在受到人工干扰下,各个状态变量的实时变化曲线的跟踪效果较好,控制摆角的精确度达到10-3数量级,表明基于LQR方法对二级倒立摆的控制效果较为优越,为相关领域的控制问题提供了依据。     

直线一级倒立摆系统控制仿真及实验研究

倒立摆是一个非线性、不稳定的系统,控制情况比较复杂,在航空航天,军工领域,机器人等智能控制方面有所应用。倒立摆也是检验新控制算法的理想实验平台。阐述了直线一级倒立摆系统的组成和工作原理。首先根据直线一级倒立摆的物理模型,经过力学分析和近似处理等方法变为数学模型,随后分别使用PID和Fuzzy模糊控制方法,在MATLAB/Simulink中搭建合理的仿真模块,进行相关仿真分析。对比两种控制算法对倒立摆系统稳摆的控制结果,找出控制效果最好的控制方案,并分析不同算法的特点。最后使用直线一级倒立摆实物进行实时控制实验,以验证仿真的结果是否和实际结果相符。     

基于旋量法的飞机表面清洗机器人运动学分析

针对5自由度飞机表面清洗机器人,通过旋量和指数积公式求解了运动学正解,得出末端执行器相对惯性坐标系的位形。采用运动螺旋求解了运动学正解的雅可比矩阵,为机构的奇异性、实时控制、可操作性的研究提供了理论基础。     

基于GWO-ELM算法与模糊控制的无标定视觉伺服研究

针对传统基于图像的视觉伺服系统运行速度慢,图像雅可比矩阵的求解受标定精度影响的问题,提出一种基于灰狼算法优化极限学习机(GWO-ELM)与模糊控制相结合的视觉伺服控制方法。该方法利用灰狼算法(GWO)优化ELM模型初始权重增加模型稳定性,估计图像雅可比矩阵伪逆预测机械臂末端运动速度,之后引入模糊控制(Fuzzy Control)设计视觉伺服控制器构建无标定视觉伺服控制系统,并进行上机实验。实验结果表明,Fuzzy Control-GWO-ELM-IBVS的运行效率相对于GWO-ELM-IBVS得到了提升,定位误差能控制在规定阈值,验证了提出的无标定视觉伺服控制系统的有效性。     

基于灵巧特性的三平动并联机构的尺度综合研究

考虑机构的灵巧性提出一种新型3-PUU并联机器人,对该并联机构进行运动学分析,得到了3-PUU并联机器人的运动学反解,在此基础上,建立了并联机构的雅可比矩阵;引入运动灵巧性指标。对该并联机器人的运动灵巧性进行了尺度综合分析,为并联机构的构型设计和进一步提供了依据。研究结果表明,该种机器人具有较好的实际应用前景。     

倒立摆状态观测器的输出反馈控制器研究

以一级倒立摆为被控对象,详细介绍了倒立摆的状态方程建模过程.在此基础上,介绍了基于状态观测器的输出反馈控制器理论.分析了状态观测器的建立过程,当系统能控、能观时,对分离定理进行了详细说明.以一级倒立摆的状态方程为对象,根据分离定理,建立了基于一级倒立摆的状态观测器的输出反馈控制器闭环系统动态特性方程,并以该方程为研究对...     

自平衡机器人视觉语音双重引导运动控制研究

自平衡机器人是一种特殊的移动机器人,为了拓展其交互能力,设计了基于视觉和语音的双重技术引导控制系统。针对目前视觉测距计算繁杂性,提出了目标定位的新方法。通过视觉测距方法,实现机器人对运动目标的动态定位;采用Camshitf目标搜索算法,在复杂环境下对目标进行连续捕获,联合双重引导控制策略,实时切换机器人的识别模式,实现机器人对指定目标的识别和跟踪,且能在预设的道路上进行自主移动。通过目标颜色、形状识别和跟踪以及视觉巡线等实验测试,结果表明该机器人交互能力强,系统反应快,视觉定位计算便捷、实时性好。     

基于反步法控制器的双缸液压系统同步运动控制研究

由于锻造液压机受到诸多内在、外在因素的影响,使得其双缸同步控制精度不满足工况需求。针对此问题,以传统双缸同步控制系统为研究对象,建立液压缸位置控制系统运动学模型,结合Lyapunov稳定性理论,设计反步法控制器,并且应用于并联同步控制结构中;分别搭建基于反步法控制器和PID控制器的双缸同步控制系统AMESim与Simulink联合仿真模型,并进行联合仿真。结果表明：与PID控制器相比,从阶跃响应方面看,反步法控制器最大同步误差减小了62.3%,调定时间减少了26.96%;从正弦跟踪能力方面看,反步法控制器滞后性显著降低,并且能够满足双缸同步控制要求。     

四足机器人运动分析及控制算法研究

为实现一种液压驱动的四足机器人稳定行走,针对JQRI00四足机器人进行了步态规划,并推导出其运动控制算法。根据前期对四足机器人的结构设计,建立其运动学模型,得到各关节运动的逆运动学分析。根据JQRI00的驱动特点,对其运动控制算法进行研究。并利用ADAMS对机器人进行仿真。仿真及控制系统实验的结果准确合理,表明所研究的步态规划正确可行,控制算法实时有效,为机器人后期的复杂动作控制提供参考。     

室内移动轮椅式机器人的运动控制研究

针对室内移动轮椅式机器人在运动过程中,机器人特性受到材料磨损、环境差异等因素的影响而发生改变,导致采用经典PID的控制出现超调量大、响应慢、易振荡等问题,本文提出采用模糊推理获取PID参数的方法。设计了机器人的运动控制系统;建立了机器人的运动学模型;结合实际操作人员控制机器人的实际经验,采用模糊推理得到PID的控制参数;最后,进行了机器人的实验。实验结果表明,采用模糊PID能有效地减小航向角的偏转误差,降低系统的超调量,提高系统性能。     

基于气动肌肉驱动的下肢康复机器人设计与仿真

为实现气动肌肉在多自由度康复机器人中的应用,设计一种用于步态康复训练二自由度下肢康复辅助训练机器人,驱动器由气动肌肉和拉伸弹簧并联驱动关节以实现节能辅助行走。建立人体下肢运动学和动力学模型,并以标准CGA步态曲线作为关节输入,通过SolidWorks/Motion进行运动学仿真,验证所设计的模型符合人体下肢运动规律。针对气动肌肉伸展时存在非线性使得关节控制困难,提出了模糊自适应PID控制算法。在MATLAB/Simulink中进行仿真控制实验,仿真结果表明：相比传统PID算法,模糊PID自适应控制算法使外骨骼达到更好的跟随效果。最后通过实验平台验证了模糊PID自适应控制算法能够满足患者主动康复训练的需求。     

基于ARM+FP GA的机器人多轴运动控制器的设计与研究

为了解决多轴运动控制器实时性低、稳定性差的问题,提出一种以ARM微处理器为核心处理器,辅之FPGA为从处理器的多轴运动控制器设计方案。该方案以ARM+FPGA为基础完成多轴运动控制器的硬件电路设计,为了进一步提高多轴控制器插补速度的控制精度,将梯形加减速控制算法引入到多轴控制器的设计中,有效避免了在实际运行中可能出现的过度冲击、失步以及振荡等现象。最后,将设计的多轴控制器应用于并联机器人进行测试,测试结果表明:在PT(位置与时间)运动控制模式下,系统能够按照预定轨迹运动,同时各轴的速度变化也较平稳。     

基于DSP的刀具测量仪运动控制系统研究

搭建"PC+运动控制器+步进电机"嵌入式刀具测量仪控制系统,对刀具测量仪运动控制系统进行研究,进行刀具测量仪运动控制系统的总体框架和控制算法分析。提出X、Y轴运动模块采用导轨、滑块和导轨副,Z轴移动采用步进电机和滚珠丝杠结构,视觉模块采用CCD数码相机采集图像信号,控制系统采用固高GTS系列运动控制卡的方法,上位机控制软件通过运动控制卡驱动各轴步进电机,利用改进的PID控制算法和S形速度规划方法,完成预期的轨迹规划。     

足式机器人腿部关节改进单神经网络PID控制算法研究

为了满足液压足式机器人在复杂环境中实现精确、快速的腿部关节控制需求,把单神经网络PID能够实时调节参数的优点运用到足式机器人液压机械腿关节的控制中,在单神经网络PID的基础上增加机械腿关节的位置和速度控制算法,形成改进单神经网络PID,实现了对神经元比例参数自调整、PID参数的自整定,能够较好地适应内、外参数的变化,增强了腿部关节的快速性、精确性。在Simulink中进行建模仿真以及在设计的以STM32为中央处理芯片的控制平台上进行实验测试,结果表明：改进单神经网络PID在足式液压机器人的腿部关节控制中具有响应速度快、超调量小、控制精度高、鲁棒性强等优点。     

基于Smith-模糊控制算法的橡胶挤出机料筒温度控制系统研究

为提高橡胶挤出机料筒温度控制系统输出响应的动态与稳态性能,并在干扰作用下使系统输出稳定在目标值,采用智能算法结合PID控制原理,设计一种Smith预估算法结合模糊控制算法与PID控制的控制器,用于橡胶挤出机料筒温度控制。利用MATLAB软件建立控制器仿真模型,与增量式PID和模糊PID控制器的控制效果进行对比。结果表明:在干扰作用下,Smith-模糊PID控制使得料筒温度控制系统输出稳定在目标值;采用Smith-模糊PID控制器的料筒温度控制系统鲁棒性强,将该控制器应用于橡胶挤出机料筒温度控制,可以在一定程度上提升挤出半成品质量和挤出机械的智能化水平。     

基于单目视觉的工业机器人拆垛系统设计与实验

基于单目视觉提出了工业机器人拆垛系统构想。为实现工业机器人视觉拆垛系统中机器人精确运动控制与工件位姿识别,运用D-H位移矩阵法建立了机器人运动学模型,得到机器人末端相对机器人坐标系的位姿信息。基于形状模板匹配法提出目标图像识别算法,得到各个目标图像在相机坐标系下的位姿信息;将三维视觉模型与机器人运动学模型进行信息融合,建立机器人视觉拆垛控制系统数学模型。基于CCD工业相机、4-DOF工业机器人搭建视觉定位抓取实验系统。通过对空间目标进行抓取的实验,验证基于单目视觉的工业机器人拆垛系统的正确性、精确性、鲁棒性。     

错架图书识拣机器人结构设计及运动学分析

设计了一个四自由度直角坐标错架图书分拣机器人,传动机构由一个R方向的转动机构和X、Y、Z 3个方向上的滑动机构组成,通过各个传动机构的运动实现末端执行器所要到达的位置。利用D-H参数法建立机器人的运动学方程,对机器人末端执行机构的运动进行理论推导,利用SolidWorks进行建模,将模型导入到ADAMS软件中进行运动学仿真。结果表明:机器人末端位移、速度曲线变化平稳,能到达空间中的指定位置,验证了结构设计的合理性,从而为控制系统的设计提供了依据。     

管道清淤机器人驱动及控制系统的设计

简述了一种新型排水管道清淤机器人的机构及工作原理,并提出了一种基于DSP的控制策略。利用DSP单片机中维特比数学运算单元(VCU)和控制率加速器(CLA),研究了由一片DSP单片机控制双无刷直流电机的控制方案和算法;设计了管道清淤机器人动作控制中的继电器输出电路原理图;制定了基于Zig Bee协议的无线数据传输模块传输协议。结果表明:无线数据传输和淤泥斗动作执行稳定,双无刷直流电机调速控制效果良好。