桌面机械臂快速控制原型系统设计与开发

机械臂以其稳定、高精度等特性广泛用于机械、电焊和装配等制造工业,其控制算法已成为工业控制中的研究热点.然而传统的机械臂控制系统设计与开发费时费力,难以满足控制工程师和算法研究者的需求.首先采用快速控制原型技术(RCP),依托高性能计算机,基于Simulink Real-Time组件设计快速控制原型仿真器.进而采用C#语...     

基于FuzzyP的多臂机器人机械臂控制系统设计

机械臂是多臂机器人的重要组成部分,针对基于姿态识别控制及位置识别控制系统受到被控量振荡影响,而导致机械臂运动轨迹控制不精准的问题,提出了基于FuzzyP的多臂机器人机械臂控制系统设计;基于FuzzyP控制系统,找到系统控制平衡点,设计系统硬件结构包含3个机械臂,共十八个自由度,简化关节控制器连线,选择直流有刷电机,采用增量型编码器,设计H桥电路,配合74ACT244增强驱动电路,利用NRF24L01无线模块获取与处理位置信息;使用FuzzyP控制器,抑制被控量振荡,控制连杆运动,完成多臂机器人机械臂控制方案设计;由实验结果可知,该系统轨迹与预期轨迹基本一致,较好解决多臂机器人机械臂对接精确定位要求。     

基于DSP的机械臂控制系统设计

介绍了机械臂的的基本结构、工作原理;然后重对DSP机械臂控制系统硬件电路进行了分析和研究,讨论了各个功能电路实现的功能以及工作原理;其次对速度闭环控制系统的软件部分进行了分析和设计,把系统软件分为几大功能模块,讨论了各功能模块的功能以及工作原理。     

机械臂的动态混合控制

本文研究当机械臂的终端受有约束时的控制问题,其中心内容是给出“任务规范投影算子”的概念,利用它首先将机械臂的动态方程解耦为两组方程,它们分别描述了运动与约束力,在此基础上给出了机械臂的控制律,使闭环系统跟踪期望的速度与约束力。     

基于神经网络的机械臂的力控制方法

本文提出一种基于神经网络的力控制方法，由两个串联的神经网络构成机械臂的力控制器，其中一个网络用来学习机械臂本身的逆动力学系统，而另一网络用来学习未知的被接触环境的动力学特征，这种方法避免了困难的接触环境建模问题。一个 双连杆机械臂的力控制的仿真实验描述了种种方法的有效性。     

基于MATLAB和Arduino的小型机械臂控制系统设计

针对Arduino控制的机械臂的逆运动学求解功能存在不足,联合MATLAB和Arduino设计一种小型机械臂控制系统。该系统由Arduino Mega 2560和舵机组成,采用改进的D-H法建立运动学模型,结合MATLAB的Robotics Toolbox计算正运动学,通过几何法求解逆运动学,利用开发的GUI界面及Arduino芯片实现机械臂的运动控制。提出一种几何法逆解关节角度,根据实际工况和关节角度范围选取最优解,并利用正运动学进行验证。实验结果表明该方案设计可靠,性能稳定,具有一定的实际应用前景。     

三维立体视觉机械臂智能抓取分类系统的开发

采用工业相机、工业投影机、普通摄像头、计算机和机械臂开发了一套具有三维立体视觉的机械臂智能抓取分类系统。该系统采用自编软件实现了对工业相机、工业投影机的自动控制和同步，通过前期研究提出的双波长条纹投影三维形貌测量法获取了物体的高度信息，结合opencv技术和普通摄像头获取的物体二维平行面信息，实现了物体的自动识别和分类；利用串口通信协议，将上述处理后的数据传送至机械臂，系统进行几何姿态解算，实现了智能抓取，并能根据抓手上压力反馈自动调节抓手张合程度，实现自适应抓取。经实验证明该系统能通过自带的快速三维形貌获取装置实现准确、快速的抓取工作范围内的任意形状的物体并实现智能分类。     

基于模糊变结构的机械臂控制

现有的机械臂模糊变结构控制方法大都计算复杂或需要检测滑模面的微分信号.本文将机械臂模型分为确定部分和不确定部分进行研究,对确定部分采用一般反馈控制,对不确定部分采用变结构集中补偿控制,为了消除变结构控制器的抖震引入模糊控制方法,将滑模面作为模糊控制器的输入,补偿控制器权值作为输出.本方案不仅不需要检测滑模面微分信号,而且计算简单,易于实现.仿真结果表明,在存在模型误差和外部扰动的情况下,该方案既能达到快速跟踪,又能很好的消除控制器的抖震.     

基于xPC Target的机械臂控制系统开发

介绍了控制系统的快速控制原型化设计方法以及xPC目标环境,然后基于xPC目标环境和Mathworks公司的Matlab RTW(real-time workshop,实时工作间),Simulink,Stateflow等工具开发了一个机械臂的控制系统。实验结果表明,该软件系统能够很好地控制机械臂抓取目标物体。     

采用快速排队算法的WSN任务调度策略研究

针对TinyOS使用的FCFS以及各种改进的基于静态优先权的调度策略的缺陷,提出了一种适用于无线传感器网络的基于动态优先权的FQ-IP任务调度策略。该策略通过定时地增加任务队列中任务的优先权大小,使得低优先权任务能够在一定的时间限制内得到系统的调度,提高了系统的整体任务吞吐量。同时,随着无线传感器技术的发展,任务队列长度的增加使得排队算法显得愈发重要,提出了一种平均查找长度较小的排队算法,通过测试表明,该算法可以在增加很小的计算开销下显著提高排队速度。     

基于CAN总线控制系统的航天特种机械臂设计

航天特种机械臂具备精确操作和视觉识别的能力,在载人航天领域中广泛应用,为了在复杂环境中精准完成陆基装配任务,设计基于CAN总线控制系统的航天特种机械臂。从关节、连杆、驱动电机、锁紧制动器等方面,组装航天特种机械臂结构元件。装设航天特种机械臂控制器,在控制器中加设一个串行通信接口,将控制器连接到CAN总线中,配置CAN总线控制系统的通信协议,完成航天特种机械臂硬件结构设计。利用航天特种机械臂中传感器设备,检测航天特种机械臂实时位姿,补偿航天特种机械臂重力负载。根据机械臂工作任务,规划移动轨迹,在控制器的支持下,通过控制量的计算与通信,实现航天特种机械臂的控制功能。性能测试实验表明,设计基于CAN总线控制系统的航天特种机械臂平均位置和关节姿态角的控制误差分别为3.0m和0.32°,平均形变量为2.64m2,具有较好的控制性能和抗压性能。     

基于扰动和摩擦补偿的柔性机械臂系统非奇异快速终端滑模控制

本文针对系统中存在的关节摩擦、动力学参数不确定性和外部负载干扰等因素引起的柔性机械臂系统控制性能下降的问题,提出了一种基于扰动和摩擦补偿的非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC-DE-FC).首先,设计扰动估计器(DE)对系统未知动态参数和负载干扰进行估计.然后,针对扰动估计器不能精确估计的关节摩擦力矩进行辨识.最后,利用滑模控制技术设计非奇异快速终端滑模控制器,并将扰动估计值和摩擦力辨识值以前馈的方式进行补偿,实现对柔性机械臂系统给定参考轨迹跟踪的准确性以及对外界扰动的鲁棒性.值得注意的是,与传统只使用扰动估计器的方法相比,本文考虑到了摩擦力等非线性因素的影响,并利用辨识技术对摩擦力进行辨识,提高了控制精度.利用Lyapunov稳定性定理从理论上证明了所设计的控制器可以保证闭环系统的稳定性.实验结果表明,相较于非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC)和基于扰动估计器的非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC-DE),所提方法提高了柔性机械臂系统的轨迹跟踪性能.     

基于RBF-BP算法的机械臂多自由度分拣控制系统设计

为提升机械臂设备的准确分拣能力,设计基于RBF-BP算法的机械臂多自由度分拣控制系统。利用RBF-BP前馈神经网络,规划机械臂设备的运动轨迹路线,实现基于RBF-BP算法的机械臂运动轨迹建模。确定工业相机在总功能框架中所处连接位置,根据机械臂选型情况,确定可编程逻辑控制器、变频控制器对于所选机械臂元件的调节能力,完成对系统功能模块的开发。借助传输信道,将Sorting分拣指令、ToolControl控制指令反馈回核心控制主机,建立完整的指令执行回路,再联合相关硬件设备结构,实现基于RBF-BP算法的机械臂多自由度分拣控制系统设计。实验结果表明,在抓取能力相同的情况下,应用RBF-BP算法控制系统机械臂成功分拣的工件数量为19件,机械臂抓取成功率为95%,说明所设计系统满足提升机械臂准确分拣能力的设计初衷。     

基于模糊PID的悬吊式机械臂重力补偿控制系统设计

针对悬吊式机械臂在工作过程中受起吊荷载的影响而产生的重心不稳现象,在模糊PID控制算法的支持下,进行悬吊式机械臂重力补偿控制系统设计研究。硬件方面,改装主控制器、传感器和通信模块,加设重力补偿装置及驱动电机设备。在此基础上完成软件设计,根据机械臂的组成结构以及工作原理,构建悬吊式机械臂数学模型。在该模型下,检测悬吊式机械臂实时位姿,针对不同位姿建立相应的重力平衡方程。计算机械臂负载力矩,利用模糊PID算法求解机械臂重力补偿控制量,实现悬吊式机械臂重力补偿控制功能。实验结果表明：与传统重力补偿控制系统相比,优化设计系统的控制误差降低了0.056kN,机械臂的稳定系数提升了0.14,即优化设计系统可提高补偿控制效果,具有一定应用价值。     

基于遗传算法的多处理器系统任务调度

用一种遗传算法的调度策略,以大维度矩阵求逆为实验对象,探索在多核中如何完成任务的均衡分配问题,以达到加速效果.算法利用系统资源的弹性,自动搜寻可以并行的子任务并将其合理地分配到相应计算节点中,提高了多核系统资源调度性能,实现了对用户提交的任务的优化调度,达到了均衡系统各处理器计算负载和提高多核系统的总体性能的目标.     

基于JAVA技术平台的气动轻量机械臂伺服控制系统设计

针对气动轻量机械臂无法应对外界环境的变化,导致机械臂控制稳定性和效果较差的问题,设计了基于JAVA技术平台的气动轻量机械臂伺服控制系统;系统硬件主要设计了电机模型、关节双闭环控制器、速度环、位置环;确定直流电机等效电路,分析电机常数,调整机械臂灵敏度,确保电机正常运行;设置关节双闭环控制器,通过PCI1711数据传输器传输数据,速度环以PI控制为基础;调节带宽比例项,采用微分控制法增加系统阻尼,消除局部静差,在位置环外环上串联一个适当比例的校正环节,以抵消系统主回路中的局部静差;设计数据采集器,在单片机内部加入了MAX785芯片,利用RS-485通讯接口,实现信息转换和读取;将STCl2C5A60S2单片机作为控制核心,利用RS232串行通信进行通信连接,保证数据处理器内部和外部通信的质量;通过数据处理器、微控制器和串行通信模块,设计数据处理单元,保证数据处理精度;系统软件利用JAVA技术,提供了可扩展性平台,有效适应外界环境变化,反馈控制方法,实现补偿控制,建立机械臂模型控制机械臂运动;根据采集的图像,提取目标物体的显著性特征,并在数据库中进行特征匹配,从而实现高精度的目标物体识别;...     

基于VxWorks的星务管理系统软件多任务实时性调度设计

在星务管理系统软件的设计开发中,为了更好地满足系统的高实时性、高安全性、高可靠性等要求,提出采用实时性强的操作系统——VxWorks操作系统作为卫星星务系统的核心。采用VxWorks操作系统的多任务调度机制,并结合基于时间片轮转调度实现多任务设计算法的特点,进而制定出星务管理系统软件的架构。结果表明,该设计满足卫星星务系统软件设计的可靠性、实时性的要求。     

基于最小二乘法的桥式起重机机械臂关节控制系统设计

机械臂关节控制过程存在姿态误差,提出基于最小二乘法的桥式起重机机械臂关节控制系统设计;设计机械臂总体架构,达到级联组成末端位姿目的,使用全驱动灵巧手,包含1手掌和3手指,采用多个连杆串并联混合的形式传递运动和力矩,借助AT89C51单片机设计电路结构;采用最小二乘法构建机械臂的响应面模型,通过H-D参数法计算机械臂末端运动关节间位姿误差,建立误差模型,利用DETMAX算法分析运动参数,实现最小姿态选取,将机械臂运行速度数据记录在控制系统平台中,根据机械臂运行速度信息获取其均匀性控制状况,实现控制;激光测振仪的输出单位为1 mm/V,柔性机械臂的振动周期200ms,训练样本集大小为300,测试集样本大小为100,实验结果可表明,该方法机械臂关节运动拟合度与实际情况基本一致,位置跟随误差见效时间需要0.05～0.2 s,之后位置跟随误差便能够保持在较小的范围之内.     

基于双层优先级的中继卫星系统任务调度算法

中继卫星系统在天基信息网中起着桥梁的作用。为充分利用卫星资源以提供快速可靠的数据中继服务,需要对高价值、高紧迫性的任务开展调度方法研究。首先,在分析中继卫星系统任务与资源的基础上,建立了多任务、多资源的调度模型。而后,提出了任务调度优先级和时间窗口选择优先级模型,并在此基础上提出了一种基于双层优先级的中继卫星系统调度算法。最后,根据算法在仿真算例中的应用可见：相比对照算法,基于双层优先级的调度算法更有利于满足高价值、高紧迫性任务的执行条件,从而提高了任务成功率和调度综合收益。