冗余度柔性机器人最优关节驱动力矩规划

对冗余度柔性机器人最优关节驱动力矩规划进行了研究，以三杆柔性机器人为例进行了最优关节驱动力矩规划的数值模拟，并对结果进行了分析。     

考虑关节柔性的机器人制孔过程动力学仿真

工业机器人大多是由一系列连杆通过关节串联在一起的结构,因此刚性不足。进行制孔时,机器人容易受到切削力的作用产生振颤,影响到制孔精度。为进行机器人制孔过程动力学仿真,考虑机器人关节的柔性,将其简化成有刚度、阻尼的线性扭转弹簧,建立机器人动力学模型;采用数学分析和经验结合的方法,建立标准麻花钻的钻削力预测模型。以钻削力为末端外载荷,将两种模型联合,进行Simulink仿真。仅考虑制孔系统末端在钻头进给方向的动态变化,其导致进给量、钻削力的动态变化,这些将对机器人系统以及制孔质量产生影响。在某一位姿进行仿真,不同的钻削速度将会产生不同形式的关节变形以及钻削力变化,进而推测制孔系统振动效应,对提高机器人系统稳定性,提高制孔质量和精度有一定指导意义。     

仿生柔性关节关键技术综述

仿生柔性关节融合生物关节生理结构与柔性运动特性,能够根据外部环境与自身负载变化动态调整关节刚度以减缓外部环境刚性冲击,实现关节能量的积蓄与回收,满足机器人跑、跳等动态行走方式需求,具有广泛的应用前景。作为一个新兴的研究领域,国内外对仿生柔性关节的研究尚处在起步阶段,并没有成熟的技术可借鉴,因此有必要对现有研究成果进行系统分析和深入总结,以促进仿生柔性关节的进一步发展。文中简要介绍了国内外仿生柔性关节研究现状,详细探讨了制约仿生柔性关节研究的柔性结构设计和柔性控制方法等关键技术问题,并对仿生柔性关节研究未来发展趋势进行了构想与展望。     

一种柔性冗余度机器人的动力学优化算法

提出了一种柔性冗余度机器人的动力学优化算法 ,它采用拉格朗日乘子法 ,既根据复模态算法进行动力学优化以实现机器人末端的振动抑制 ,又可同时进行关节驱动力矩的优化。最后通过对三维四自由度柔性机器人的数值仿真 ,初步验证了这一方法的有效性和良好效果     

救援机器人柔性关节的设计与稳定性分析

为了提高救援机器人在非结构环境中的顺应能力,引入传动机构等效质量的概念,考虑电机内部阻尼对弹性驱动器动力学模型的影响,建立了基于力源驱动的串联弹性驱动器动力学模型。采用PID单位负反馈的控制方式,通过Laplace变换得到系统的开环传递函数与闭环传递函数,运用Nyquist判据与Bode图分析了系统的稳定性。通过仿真实验,得到了系统的阶跃信号跟踪响应。仿真结果与频域特性分析结果对比,验证了救援机器人柔性关节结构设计的合理性与稳定性。     

基于李群李代数的主被动关节机器人动力学及控制

采用李群李代数符号描述了含主被动关节机器人的动力学分析和控制问题。首先用李群李代数描述了机器人的反向动力学,然后将牛顿-欧拉方法和铰接体惯量方法结合起来,给出了含主被动关节的机器人动力学解决方法。利用动力学方法得到的结果,采用计算力矩控制方法进行仿真,并与PID控制方法的仿真结果进行比较,验证了计算力矩方法的较好的性能特征。     

具有关节柔性和臂柔性的机器人操作受限物体的动力学建模

针对具有柔性关节和柔性臂的机器人操作受作业环境约束这种情况,基于绝对坐标建立了系统的动力学模型。根据物体与作业环境的约束关系,推导出系统的正动力学模型。以期望的被操作物体的轨迹和所期望的物体与环境的作用力为边界条件,推导出了系统的逆动力学模型。对于给定的任务,所提出的逆动力学模型可求出柔性机器人的理想输入。而所提出的正动力学模型可用于数值仿真。通过对具有三柔性关节和三柔性臂的机器人臂进行仿真,验证了该方法的有效性。     

柔性基、柔性关节空间机械臂的动力学与改进奇异摄动控制

采用线性伸缩弹簧、线性扭转弹簧来分别描述基座及关节柔性,并在此基础上经由线动量守恒原理、拉格朗日第二类建模方法,建立了姿态受控柔性基、柔性关节空间机械臂的动力学模型。将柔性补偿思想与奇异摄动理论相融合,推导了可分别表示系统刚性运动、基座与关节柔性运动的慢、快变子系统,并提出一种由协调运动慢变控制和基于高阶快变状态观测器的最优控制所组成的改进奇异摄动控制方案。与传统奇异摄动控制方案相比,所提改进控制方案可有效避免对系统高阶快变状态量进行实时地测量和反馈,且可适于具有较大关节柔性的柔性基、柔性关节空间机械臂的控制。仿真实验结果表明了所提方案在轨迹跟踪控制、基座与关节柔性振动抑制上的有效性。     

柔性机器人系统碰撞动力学建模

讨论柔性机器人与其工作环境发生碰撞时的动力学建模问题。以空间链式柔性机器人为研究系统,该机器人由n杆n铰构成,柔性杆的变形用假设模态法表示。引入冲量势,运用拉格朗日方程推导出柔性机器人系统受外冲击的广义冲量－动量方程。结合碰撞恢复系数方程,进一步推导出两个柔性机器人系统发生碰撞的动力学方程。该方程中碰撞冲量和广义速度增量是解耦的,且适合于计算机程式求解。求解方程能得到因碰撞而产生的系统广义速度突变量和在碰撞点处的碰撞冲量。给出柔性机器人与其工作环境发生碰撞的算例,验证了所提出方法的有效性。     

基于柔性多体动力学的机械臂结构优化设计

针对柔性关节对工业机器人动力学特性的影响,基于“转子-扭簧”模型和有限元法,研究关节刚度对机械臂固有动力学特性的影响规律;考虑臂杆柔性和关节柔性,建立了机械臂多柔体动力学有限元模型,以机械臂轻量化为设计目标,以末端总位移量为约束条件对机械臂结构进行优化。研究结果表明,不同关节刚度对机械臂各阶固有频率的影响不同,优化后的机械臂载重/自重比增大,刚度和强度均得到提高,整体动力学性能明显提高。     

自由浮动柔性双臂空间机器人系统动力学建模与抑振控制

柔性多臂空间机器人是一个高度非线性、强耦合的动力学系统。本文基于假设模态法、La-grange方程和动量守恒原理,推导了一种自由浮动柔性双臂空间机器人协调操作刚性负载闭链系统的动力学模型。针对空间柔性机械臂的弹性形变和振动问题,设计了线性二次型最优控制方法对其进行振动主动控制,并通过仿真实验验证了该方法的有效性。     

Effects of Joint Controller on Analytical Modal Analysis of Rotational Flexible Manipulator

Modal analysis is a fundamental and important task for modeling and control of the flexible manipulator. However, almost all of the traditional modal analysis methods view the flexible manipulator as a...     

柔体动力学模型的机器人关节振动分析与抑制

为解决工业机器人传动系统中的柔性传动环节常常导致的机械谐振问题,减小手臂在运动中出现振动,研究了基于柔体动力学模型的机器人关节振动抑制的方法。该方法先通过对机器人关节建立柔体动力学模型,从数学表达式中分析其产生振动的原因,利用ABAQUS有限元软件获得关节的振型信息,并基于ABAQUS的振型特点获得力锤激励实验法的测点布置,通过实验获得关节轴的模态信息,并进一步分析共振频率对机器人的控制影响以设计合适的陷波滤波器,从而实现对机器人关节振动的抑制。该方法在机器人第5关节中进行了仿真和控制实验,末端余振幅值的实验说明振幅加速度值从3降至0.5m/s2,停止后电机转子偏移量绝对值从1降至0.5°,体现了陷波滤波器良好的抑制特性。     

一种旋转型机器人柔性关节设计与分析

通过对人类膝关节柔性产生机理研究,仿照动物关节肌肉-肌腱组织设计出一种适用于电机驱动的旋转型柔性关节。通过研究对比旋转型SEA（series elastic actuator）与直线型SEA机构特点,提出一种由8个压缩弹簧协同组成的柔性输出机构,并建立柔性输出机构刚度模型,确立了弹性元件参数与柔性关节等效刚度的数学关系。在此基础上,对柔性关节整体进行紧凑化设计,电机、减速器、柔性输出机构集中安装于关节部位,使柔性关节模块化、通用性强。通过对该柔性关节软件仿真及关节样机测试,验证了关节抗冲击能力和柔性输出能力可以满足柔性关节型机器人对柔性关节的应用需求。     

考虑负载变形的柔性机器人协调操作动力学

从柔性机器人协调操作的本质特性出发，考虑负载柔性，巧妙采用中与负载的有限元模型，建立了柔性机器人协调操作系统的运动学协调约束条件，导出了其系统动力学方程，成功地给出了2台3R柔性机器人协调操作一柔性梁负载的仿真算例。讨论了在建模过程中选择主臂抓持梁和从臂抓持梁为位形基准对建模的影响。     

四自由度柔性关节机器臂残余振动的输入整形控制

以一种四自由度柔性关节机械臂为研究对象,针对不同关节的残余振动特点,提出传统输入整形技术IST（input shaping technique）与时变输入整形技术（TVIST）结合的方法抑制机械臂残余抖动,所采用TVIST方法只抑制振幅最大的频率极点,具有不需要系统精确模型,算法简单,易于实现等特点。采用Matlab和ADAMS虚拟样机联合仿真实现,仿真结果表明了所提出的输入整形方法在抑制此机械臂残余抖动上的有效性。     

挠性接头刚度测量中传感器的研究

分析了挠性接头角刚度的测量原理,研制了螺管型电感式位移传感器及四孔平行梁和差动式螺管线圈型电感式传感器组合的力传感器,搭建了以两种传感器为核心组成的挠性接头刚度测量系统,进行了挠性接头刚度测量试验.结果表明,两种传感器的研制是有效的,刚度测量的重复性精度优于±1%.     

基于FPGA的气动柔性手指的神经网络控制器设计

研究了气动柔性手指智能控制策略的硬件实现，设计了气动柔性手指的神经网络控制器。气动柔性手指神经网络控制器是在已经对气动柔性手指进行运动学和动力学分析的前提下，使用MATLAB对神经网络进行试训，依据训练所得的权值和阈值，在现场可编程门阵列集成环境下，基于超高速集成电路硬件描述语言完成的。该控制器适用于具有复杂智能控制策略且对实时性要求高的多手指控制系统。     

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。