六自由度并联机器人输出解耦控制

六自由度并联机器人是一个非线性多输入多输出系统,各自由度运动输出之间存在耦合.利用反馈线性化和PD控制,仅实现了平移运动间的解耦,而旋转运动之间仍然存在耦合作用.为实现并联机器人运动输出间的完全解耦,在反馈线性化控制的基础上,设计了一种新的解耦控制器,利用该控制器可以进一步实现并联机器人的旋转输出解耦,同时,给出了控制器解耦性能的仿真验证.     

采用积分流形与观测器的并联机器人轨迹控制

针对含柔性杆件并联机器人在高速运行时其末端存在弹性位移问题,以3RRR并联机器人为研究对象,提出一种基于积分流形与高增益观测器的柔性并联机器人轨迹跟踪复合控制算法.基于刚度矩阵引入小参数,将刚柔耦合动力学模型转为慢速与快速两个子系统.针对慢速子系统,采用反演控制,实现对末端刚体运动的跟踪控制,同时为避免杆件弹性变形与振动组成的弹性位移对机器人末端轨迹的影响,推导校正力矩,实现对弹性位移的补偿.针对快速子系统,采用滑模变结构控制,保证流形成立.为避免对曲率变化率的直接测量,引入高增益观测器对其进行估计.采用Lyapunov稳定性原理证明系统整体稳定性,并给出小参数上界.对提出的复合控制算法与奇异摄动及基于刚体动力学的反演控制算法进行仿真,从机器人末端振动抑制与轨迹跟踪性能两方面进行对比,验证了本文所提算法的控制效果.     

电驱动柔索并联机器人轨迹跟踪滑模控制

针对大射电望远镜粗调系统的非线性、大滞后、多变量耦合以及易受外扰等特点．提出了一种馈源轨迹跟踪的滑模控制策略．该方法通过分阶段加入指数趋近控制来加快系统的响应．同时利用模糊控制器实时调整滑模控制的趋近律参数，不仅保证了控制系统的快速性和鲁棒性，而且能够有效地抑制颤动．     

Inverse kinematic optimal design of 6-DOF parallel manipulators

To obtain the required articular velocities as lower as possible for the given kinematics of the moving platform, this paper focuses on this kind of articular velocities optimization of 6-DOF parallel manipulators. Based on the inverse kinematic analysis, the H∞ norm of the weighted Jacobian matrix was adopted as the performance index to minimize the articular velocities, and then the optimal design problem was formulated to find a manipulator geometry that minimized the global performance index with the constraints of the workspace and structural parameters limits. Since the optimal design problem is a constrained nonlinear optimization problem without explicit analytical expressions, the genetic algorithm was applied to numerically solve the problem. Simulation results indicate that the articular velocities of the optimal manipulators can be the minimum while the kinematic reauirements of the moving platform are satisfied.     

基于期望关节角补偿的车载液压刚柔机械臂建模及轨迹跟踪控制

采用拉格朗日原理和假设模态法,通过引入驱动Jacobian矩阵,推导出液压刚柔机械臂动力学方程。针对柔性臂的特点,提出了关节角补偿方法。为了克服参数扰动和外界干扰,利用自适应律估计不确定性项提出了同时控制刚体运动和振动抑制的自适应滑模控制方法。最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性。     

Kinematics and dynamics analysis of a three-degree-of-freedom parallel manipulator

Kinematics and dynamics analyses were performed for a spatial 3-revolute joint-revolute joint-clylindric pair（3-RRC） parallel manipulator.This 3-RRC parallel manipulator is composed of a moving platform,a base platform,and three revolute joint-revolute joint-column pair chains which connect the moving platform and the base platform.Firstly,kinematics analysis for 3-RRC parallel manipulator was conducted.Next,on the basis of Lagrange formula,a simply-structured dynamic model of 3-RRC parallel manipulator was derived.Finally,through a calculation example,the variation of motorial parameters of this 3-RRC parallel manipulator,equivalent moment of inertia,driving force/torque and energy consumption was discussed.The research findings have important significance for research and engineering projects such as analyzing dynamic features,mechanism optimization design and control of 3-RRC parallel manipulator.     

液压并联6-DOF平台轨迹跟踪的干扰力补偿

为了消除液压并联6-DOF平台因各支链缸时变的负载耦合,以及摩擦和其他外力的干扰作用而引起的平台动态轨迹抖动现象,根据系统动力学模型的关节空间表达式,对关节干扰力的起因和对其运动的作用进行分析,在关节位置闭环控制基础上,分别设计基于结构不变性原理的支链抗负载干扰补偿器和基于系统模型的自适应滑模干扰观测补偿器,根据系统关节负载的变化率将两种补偿器利用模糊原则组合成综合补偿器,对干扰进行力闭环补偿.AMESim与MATLAB的联合仿真分析结果表明,该控制器使平台在复合干扰力作用下,能够平稳运行,与普通的位置闭环PID算法相比,有效地提高了系统的整体动态跟踪性能.     

基于拟牛顿算法的空间机械臂姿态优化控制

为了研究机械臂系统在自由漂浮情况下的姿态控制问题,采用输入参数化的方法将连续量的最优控制问题转化为离散量的最优控制问题.利用拟牛顿算法确定最优控制输入信号,可以得到非完整系统运动的优化轨迹.通过数值仿真,表明对于类似的问题该算法是可行的.     

液压机械臂基于反演的自适应二阶滑模控制

利用驱动Jacobian矩阵构建机械臂系统与液压伺服系统的耦合关系,进而建立整个系统的动力学模型。考虑系统未建模动态和外界干扰,通过定义虚拟控制量并选取合适的Lyapunov函数,设计此系统的自适应二阶滑模控制律,使系统在有限时间内精确跟踪期望轨迹且保持强鲁棒性,同时有效削弱了传统滑模控制对系统硬件不利的抖振。仿真结果验证了本文方法的有效性。     

Modeling and controlling of a flexible hydraulic manipulator

1INTRODUCTION Themodelingofaflexiblemanipulatordrivenbyhydrauliccylinderactuatoranditscontrollingarecomplex.Firstly,thecouplingeffectsonrigidbodymotion,beamflexuralvibration,andhydrau licactuatordynamicsarestrong.Secondly,inad ditiontouncertaintiesoftheflexiblearm,therearelargevariationsinthehydraulicsystemparame ters[13].Sofar,themode basedrobustcontrolofahydraulicallydrivenmanipulatorhasnotbeenwellstudiedandfewresultsareavailable.InRefs.[46],thedevelopmentandverificationofageneralstate…     

Design considerations of high precision 6-HTRT parallel manipulator

Stewartinitialedasixdegrees of freedomparallelmanipulatorin1965.“Stewart platform”,aparallelmanipulator,isdefinedasarobotconsistingofatleasttwomainrigidbodieslinkedbymorethanonekinemat icschain.Theadvantages[1]ofparallelmanipulatorcomparedtoserialoneare…     

液压同步控制系统及其应用

介绍了液压同步控制系统的重要性，并对液压同步控制系统进行了分类，在简单介绍各种液压同步方案的基础上，较系统地总结了液压同步控制技术，同时还介绍了常用的控制方法及应用领域；针对液压同步控制系统，以模具研配液压机同步系统为例进行分析，分别介绍了各部分同步动作实现，通过具体例子进一步说明液压同步控制系统在工程领域的重要作用；也对液压同步控制系统的应用进行了回顾与展望，并提出实际中存在的问题和未来的发展方向.     

基于遗传算法的Stewart并联机器人位置正解分析

充分利用Stewart并联机器人位置反解容易获得这一特性,把较难的Stewart并联机器人位置正解问题转化为一个优化问题,考虑到遗传算法的全局优化特性,提出了基于遗传算法的Stewart并联机器人位置正解方法. 仿真实例证明了所提方法具有很高的计算精度,彻底克服了采用数值解法求解Stewart并联机器人位置正解时,解的精度受初值影响较大的缺点.     

一种柔性机械臂末端轨迹跟踪的预测控制算法

针对柔性机械臂末端轨迹跟踪的内动态不稳定和模型不精确问题,提出一种用于柔性臂末端轨迹跟踪的预测控制算法.利用输入-输出线性化的方法使得柔性臂末端变量和弹性变量解耦,并根据状态反馈设计出一个非线性预测控制系统,将轨迹跟踪问题转换为状态跟踪问题.该控制系统通过平衡末端跟踪误差、弹性变量和控制力矩3个最优指标来克服内动态不稳定性,并采用最优控制律求解和力矩求解相分离的策略来提高运算速度,同时引入了实际输出数据进行误差补偿以减少模型误差对末端轨迹跟踪精度的影响.仿真结果表明,所提出的预测控制算法在保证柔性臂内动态稳定的同时,能有效解决模型失配引起的控制精度下降问题,并具有较快的运算速度.     

Singular perturbation approach for control of hydraulically driven flexible manipulator

The hydraulic flexible manipulator system is divided into two parts: flexible arm dynamics and hydraulic servomechanism, a driving Jacobian is derived to connect these two parts. Taking hydraulic actuator force as virtual input, a singular perturbed composite model is formulated and used to design composite controllers for the flexible link, in which the slow subsystem controller dominates the trajectory tracking, and then a fast controller is designed to damp out the vibration of the flexible structure. Moreover, the backstepping technique is applied to regulate the spool position of a hydraulic valve to provide the required force. Simulation results are provided to show the effectiveness of the presented approach. Foundation item: Project (2001AA4422200) supported by the Teaching and Research Award Program for Outstanding Young Teachers in Higher Education Institutions of the Ministry of Education of China; project supported by the Hi-Tech Research and Development Program of China     

改进蚁群算法在并联六自由度平台优化设计中的应用

蚁群算法在解决组合优化问题上有着良好的适应性,但直接应用于求解连续优化问题难以获得理想的效果．通过对蚁群算法中的全局搜索、局部搜索以及信息素更新规则等环节进行有效的改进,构成了可用于连续优化问题求解的改进蚁群算法．将该算法应用于以灵巧度为目标函数的并联六自由度平台结构设计问题中,通过与采用基本蚁群算法得到的优化结果进行比较,证实了改进蚁群算法具有较好的全局优化能力和较快的收敛速度,可以有效求解并联六自由度平台结构设计这一类连续优化问题．     

Modeling and motion control simulation of tendon based parallel manipulator translation mechanism for sensor based high value waste processing

A novel sorting system based on one degree of freedom (DOF) tendon based parallel manipulator (TBPM) for high value waste processing was presented and designed. In order to control the motion of loads, nonlinear state feed forward control algorithm in the tendon length coordinate was used. Considering the system redundancy and actuation behavior, algorithms of optimal tension distribution and forward kinematics were designed. Then, the simulation experiments of motion control were implemented. The results demonstrate that the proposed TBPM translation system performs robust capacities. It can transfer the loads 1 m away within 1.5 s. With further optimization, the translation duration can be further reduced to be about 1 s and the optimized translation is followed with 43.59 m/s² maximum acceleration. The translation errors at the aim position remain below 0.4 mm.     

Simulink和SimMechanics环境下并联机器人动力学建模与分析

为了对六自由度并联机器人动力学模型进行充分验证和分析,并提高建模与分析的效率,提出在Simulink和SimMechanics环境下进行动力学建模与分析的计算机辅助方法.将六自由度并联机器人描述为单个刚体,采用凯恩方法建立其单刚体动力学模型,设计了基于铰点空间控制策略的经典PID控制器,并在Simulink和SimMechanics这2种环境下进行了动力学建模仿真,六自由度并联机器人的动力学响应完全一致,说明了在Simulink和SimMechanics 2种环境下的动力学模型都是正确的,并且所提出的方法也可应用于所有机械系统的动力学建模与分析.     

液压挖掘机铲斗轨迹跟踪的鲁棒控制

首先给出了挖掘机工作装置的两自由度动力学方程模型;然后基于滑模控制原理设计了状态观测器,并在此基础上根据反演法设计了挖掘机工作装置的带滑模观测器的变结构控制器;最后在改造后的挖掘机上进行了试验,并给出了所设计的控制器和常规PID控制器跟踪设定直线的效果。试验结果表明,使用常规PID控制器所得到的跟踪误差大于40 mm;而使用作者设计的控制器其跟踪误差可以控制在30 mm之内。对比结果表明,所设计的控制器对设定直线的跟踪具有良好的动态特性,对系统的不确定性具有较强的鲁棒性。     

基于终点时刻末端误差的柔性臂迭代学习控制

针对柔性臂重复运行的情况,在仅能测量运行终点时刻末端位置的条件下,提出一种新的结合计算力矩法的迭代学习控制（ILC）方法.该方法利用柔性臂的简化动力学模型,给出各关节控制力矩的参数化表示;并依据终点时刻柔性臂末端位置的误差,通过迭代学习算法调整控制力矩的参数,实现精确到达预期末端位置的目标.算法利用ILC不依赖模型的特点,弥补计算力矩法需要精确模型的缺陷;参数的迭代学习主要起到消除模型误差和各种干扰的作用,增强算法的鲁棒性.通过理论分析给出所提算法的收敛条件.最后在柔性臂系统上进行仿真及实际试验.结果表明,所提出的ILC算法能够克服连杆柔性对柔性臂末端误差的影响,显示良好的控制效果.