机器人控制基础(二)

第二讲机器人操作手动力学动力学的研究对象是建立描述机器人操作手动力学行为的数学模型,研究的目的是:1)设计机器人控制系统;2)设计机器人臂的结构;进行机器人运动的仿真运算。建立机器人操作手动力学模型所用的方法有:1)拉格朗日—欧拉(Lagrange—Eu-ler)方程法;2)牛顿—欧拉(Newton-Eul-er)方程法;3)广义达朗贝尔(Generalizedd'Alembert)方程法;4)其它方法,如阿沛尔方程法,哈密顿方程法等。     

基于凯恩方法的机器人动力学建模与仿真

研究机器人动力学的目的是多方面的.机器人动力学模型的重要应用是设计机器人,因为动力学方程可以用来精确地算出实现给定运动所需要的力(矩).用凯恩方法对六自由度关节臂式机器人进行动力学方程的推导,可以减少计算步骤,提高计算效率.经过对推导的动力学方程仿真可以找到现场使用机器人第三个臂出现故障的原因,因此在机器人具体设计、轨迹规划、动力学优化以及实时控制中可以代入具体的参数,从而时机器人的动力学性能进行分析,并具有通用性.     

机器人臂的模型参数识别及其仿真

本文提出了一种识别机器人臂动力学方程的模型参数的方法.通过重组机器人臂的拉氏函数,使得臂的动力学方程中的模型参数个数最少;进一步形成了上三角块形式的机器人臂的模型参数识别公式.通过使用最小二乘法和龙格-库塔方法,对一个两连杆操作臂的模型参数的识别进行了仿真,得到了高的仿真精度.本方法有助于机器人的控制算式中有关操作臂的参数的确定和机器人的机械设计.     

两柔性机器人协调操作的动力学模型及其逆动力学分析

柔性机器人动力学是当前机器人研究的热点,而其协调操作问题目前仍为空白．本 文首次建立了柔性机器人协调操作刚性负载的动力学模型,利用有限元法和Lagrange方程, 在柔性机器人协调操作的运动学和动力学协调约束条件基础上,推导出系统的动力学方程, 提出了其逆动力学问题的解决方案,并成功给出了平面两3R柔性臂协调操作的数值算例．     

机器人控制基础(四) 第四讲 机器人控制

机器人的控制问题包括:建立机器人的动力学模型和设计使系统满足指标要求的控制现律。一般地讲,机器人臂的运动有两种不同的控制方法。第一、机器人臂从初始位置(姿态)沿着规划的轨迹线运动到希望的目标位置(姿态)上。第二、利用操作手感知     

DGR—5A机器人的动力学及控制

摘要 DGR-5A 机器人是我们自行设计的五自由度全关节型电动机器人.本文讨论了该机器人的动力学及控制问题.为此对机器人的各杆臂建立坐标系并详尽地计算了各杆臂的惯性参数.在推导了该机器人前三个自由度的动力学方程和分析了动力学特性之后,我们提出了一种实时计算量少,易于工程实现的控制方案.最后对该方案进行了仿真研究,仿真的结果是颇为令人满意的.     

基于细菌觅食算法的嵌入式机械臂角度控制器设计

进行机械臂角度控制器设计过程中,为提高机器人机械臂灵活性,降低关节角度控制误差,设计一种细菌觅食算法的嵌入式机械臂角度控制器。首先,构建机械臂动力学模型以获取机械臂的柔性特征及其关节位置,根据获取的信息确定角度控制器的硬件逻辑结构和算法。然后,使用ARM微处理器嵌入式操作系统,设计包含移动控制终端和机械臂控制端的控制器硬件结构。最后,采用细菌觅食算法优化控制器参数,并实现代码完成机器人机械臂角度的精准跟踪控制。仿真分析结果表明:所提方法具有较高的位姿跟踪精度、角度控制误差小、稳定性强,能够保证机械臂关节角度无超调,具有极高的机器工程应用价值。     

基于立体视觉的串联机器人跟踪检测系统

建立一种六自由度串联机器人视觉跟踪检测系统框架,包括图像采集、摄像机标定、机器臂跟踪检测、机器臂位姿建模与计算等。提出利用CamShift算法对机器人进行在线粗跟踪,搜寻和画定出机器臂操作器在当前窗口的区域位置。对跟踪到的机器臂按照SURF算法进行特征提取与立体匹配。该方法被用于对串联机器人位姿检测进行实验。实验结果表明,2种算法的结合适用于六自由度串联机器人在空间复杂运动的跟踪检测。     

三连杆移动机械臂模型与运动规划

采用拉格朗日动力学方法和非完整动力学罗兹方程建立了三连杆移动机器臂运动学和动力学模型,并且利用该模型采用了人工势函数方法来驱动移动机械臂系统绕过障碍物到达目标位置.仿真的结果证明了该模型的正确性及其规划方法是有效的.     

平面双连杆受限柔性机器人臂的动力学建模*

对一类平面双连杆受限柔性机器人臂的动力学建模问题进行研究，利用Ｄ’Ａｌｅｍｂｅｒｔ－Ｌａｇｒａｎｇｅ原理得到了一组描述该机器人系统运动性态的动力学方程。与已有的动力学模型相比，本文所建立的运动方程和振动方程具有模型准确、结构简单等特点，且具有与传统无约束刚性机器人类似的模型形式，因而有可能直接或间接利用现有的关于刚性机器人运动控制等方面的成果来研究复杂的受限柔性机器人的控制问题。     

空间机器人的动力学等价机械臂

讨论了如何将一个自由飘浮空间机器人(SM)等价成一个通常固定基座上的机器 人,将其定义为动力学等价机械臂(DEM),并阐述了DEM与SM运动学与动力学的等价性. 通过仿真验证了在闭环控制下DEM与SM的等价性.     

基于腕力传感器的机器人操作臂惯性参数辨识方法

针对工业机器人结构设计及动力控制中,在比现有方法少用了基座力传感器的基础上,充分挖掘了腕力传感器的信息,利用机械臂运动学及动力学递推关系,由Newton-Euler方程导出了各连杆惯性参数逆向的辨识模型．以一个算例说明了方法的运用,为机器人操作臂动力学建模提供了理论基础．     

机械臂数控加工过程动力学控制仿真

针对经典滑膜控制机械臂存在抖动现象,导致机器受损、操作过程受影响、控制不一致等多种问题,提出机械臂数控加工过程动力学控制方法.通过几何方法从正解、反解两方面分析机械臂动力学,讨论各轴在多种控制模式下点动、平动功能,利用基于拉格朗日方程进行机械臂动力学方程建模;建立两连杆机械臂动力学方程,根据滑模控制理论,利用二阶滑模控制构建SISO辅助系统,采用MIMO控制系统实现机械臂加工过程控制,严谨控制输出量,避免产生耦合效应.仿真结果表明,所提方法可以呈现出较为完整的控制轨迹,具有较强的鲁棒性以及适用性.     

分布式多机器人运动控制的离散事件系统方法

传统多机器人系统的运动控制主要依赖于机器人的动力学方程或运动学方程,通过求解微分方程组来获得机器人的输入控制信号.随着系统中机器人数量的增加和运行环境的复杂化,动力学方程很难描述多机器人系统的运动行为,且无法很好地解决诸如死锁等逻辑故障.本文简略综述了国内外的研究现状,重点介绍笔者所在研究组开展的关于离散事件系统方法在多机器人运动控制方面的应用性研究工作.其动机在于:1)基于离散事件系统方法的运动控制能够有效地解决系统运行过程中产生的诸如死锁等逻辑故障.首先,利用离散事件系统模型对多机器人系统的运动进行建模,从而降低计算复杂性;其次,基于所得离散事件系统模型,设计分布式安全运动控制算法,使各个机器人可以自主地、无碰撞地、无死锁地运动;设计分布式鲁棒运动控制算法,使得失效的机器人对系统的影响最小.2)基于离散事件系统方法的运动控制策略可以结合传统的基于运动学方程的运动控制方法,从而使系统不但能够避免顶层的逻辑故障,而且能够确定机器人执行器的输入信号.     

先进机器人中的动力学与控制专刊序

围绕柔性机械臂动力学建模方法、空间机器人捕获动力学、多智能体控制、仿生跳跃机器人设计与分析等研究主题,本专刊介绍了先进机器人动力学与控制领域的一些最新研究成果.     

高压柜操作机器人协调操作感知控制方法

为更加精准地检测或维修高压柜设备，降低在复杂环境下受到的影响，提出基于学习自动机的机器人协调操作感知控制方法。定量描述机械臂柔性连杆形变，依照拉格朗日定理推导机器人操作系统动力学规律与振动方程；使用导纳理论计算机器臂作用力与预期速率的关系，得到协调操作约束条件；将协调操作感知控制转换成二次型问题，利用学习自动机方法控制运动行为，保证机器人在规定时间内完成变电站高压柜分合闸和更换断路器等工作的协调操作感知控制。仿真结果表明，所提方法协调操作感知控制精度高、效率快，提高了机器人运动的柔顺性与同步性。     

模块化可重构机器人动力学研究进展

模块化可重构机器人由于其构型多变,运动形式丰富等特点,可以在非结构化环境或未知环境中执行任务,在最近几年迅速成为机器人研究领域的前沿和热点. 模块化可重构机器人在军事、医疗、教育等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型代表包括仿生多足模块化机器人、模块化可重构机械臂、晶格式模块化机器人等. 模块化可重构机器人丰富的构型设计、多样的连接特征、不断拓展的应用范围,给动力学建模与控制带来了很多挑战和机遇. 本文首先阐述了模块化可重构机器人的研究背景和意义,并概述了其构型分类与设计、构型描述与运动学建模方法.随后,本文系统回顾了模块化可重构机器人动力学研究中相关问题的最新进展,包括：(1)系统整体动力学建模;(2)结合面以及对接机构动力学建模;(3)基于动力学模型的控制方法. 本文最后提出了模块化可重构机器人动力学研究中若干值得关注的问题.     

机器人机械臂的鲁棒最优控制

基于拉格朗日方程,把多关节机器人机械臂动力学模型转化成一线性状态方程。然后,针对此线性状态方程,通过解一线性二次型优化问题,得到鲁棒最优控制律,保证了关节变量全局渐近收敛。最后,以两关节机器人为例,仿真结果表明所设计的控制律的有效性和鲁棒性。     

柔性臂漂浮基空间机器人建模与轨迹跟踪控制

利用拉格朗日法和假设模态方法建立了末端柔性的两臂漂浮基空间机器人的非线性动力学方程．通过坐标变换,推导出一种新的以可测关节角为变量的全局动态模型，并在此基础上运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法得到关节相对转角与柔性臂的弹性变形部分解耦形式控制方程．最后，讨论了柔性臂漂浮基空间机器人的轨迹跟踪问题，并通过仿真实例计算,表明该模型转换及控制方法对于柔性臂漂浮基空间机器人末端轨迹跟踪控制的有效性．     

自由漂浮空间机器人的笛卡尔连续路径规划

对于自由漂浮空间机器人,位置级逆运动学方程不适合于笛卡尔连续路径的规划,而且机械臂的运动会对基座产生扰动.为此提出了基于速度级逆运动学方程的方法,可实现5个目标:1)惯性空间连续位姿跟踪;2)基座姿态无扰动的连续位置跟踪;3)基座姿态无扰动的连续姿态跟踪;4)基座姿态调整的连续位置跟踪;5)基座姿态调整的连续姿态跟踪.采用阻尼最小方差法回避动力学奇异,所规划的路径连续平滑.仿真结果表明了该方法的有效性.