一类二阶非完整平面欠驱动机械系统位姿控制

针对第2关节为被动的平面五连杆欠驱动机械系统,提出一种基于模型降阶的末端位姿控制策略.首先,建立系统数学模型,通过维持第1杆初始状态,将系统降阶为一阶非完整系统;其次,通过分阶段控制驱动杆角度,将系统降阶为3个具有完整约束的两连杆子系统,并基于各子系统积分特性获得驱动杆与欠驱动杆之间的角度约束关系;然后,根据角度约束关系,利用粒子群优化算法计算系统末端位姿对应的各连杆角度;最后,基于李雅普诺夫函数分阶段设计系统控制律,实现系统从初始位姿到目标位姿的控制.仿真结果验证了所提控制策略的有效性.     

平面欠驱动两杆柔性机械臂的全局稳定控制

针对平面欠驱动两杆柔性机械臂,该文提出一种新的控制策略,实现了机械臂的全局稳定控制目标。首先,为机械臂系统引入一个同胚坐标变换,将其变换为一个结构简单的新系统;然后,将新系统分离为线性和非线性2个部分,利用等价输入干扰的概念为新系统设计控制器,以实现新系统的全局稳定控制目标,并通过坐标变换的同胚性使原机械臂系统的全局稳定控制问题得以解决。该文所提控制方法仅需利用机械臂的位置量信息设计控制器,这不仅能降低控制系统成本,而且还能有效避免速度噪音对控制性能的影响。数值仿真结果显示,所提的控制策略在机械臂系统的稳定运动过程及稳定时间等性能方面,均能达到令人满意的控制效果。     

基于时间缩放轨迹规划的水平3R欠驱动机械臂的滑模控制

本文以水平运动的3R欠驱动机械臂为研究对象,在关节空间研究其位置控制.本文详细介绍了时间缩放方法,并用该方法进行了运动规划.最后采用基于趋近律的滑模控制,以主动关节1、2与被动关节3之间的耦合关系为理论基础,实现对关节3的运动控制,使机械臂运动到要求位姿.文章还进行基于Matlab的数值仿真验证了方法的有效性.     

欠驱动两自由度机械臂LQG/LTR控制

针对欠驱动机械臂系统的快速稳定控制中存在着的系统过程噪声和传感器观测噪声的干扰问题,设计了具有回路传输恢复的线性二次高斯(linear quadratic Gaussian control with loop transfer recovery, LQG/LTR)控制器。该控制器由卡尔曼滤波器和最优状态反馈增益调节器两部分组成,并进一步使用了回路传输恢复技术提高了控制系统稳定裕度。仿真试验表明：LQG/LTR控制方法相比于线性二次型调节器控制方法具有更加出色的动态品质,能很好地抑制噪声造成的系统不稳定问题,使得机械臂快速稳定在期望位置,具备良好的稳定性和鲁棒性。     

基于粒子群的欠驱动平面机械臂PID控制算法研究

由于对机器人轻量化和降低成本的要求越来越高,欠驱动机器人的优势日益凸显,也逐渐成为机器人的一个研究热点问题.以往欠驱动机械臂中的PID控制算法中参数依靠试凑获得,很难获得效果的参数.本文提出通过基于粒子群算法的欠驱动机械臂PID控制算法,通过粒子群对PID控制方法进行改进,对PID参数进行整定,以获得控制效果更好的参数.仿真结果证明了该算法的可行性与有效性,相比于传统方式更易于实现,收敛速度快.     

欠驱动单机械臂的运动学研究

本文以平面内转动关节连接的单机械臂为研究对象,针对其运动学以及单臂的控制原理进行研究.首先利用机器人数学基础,推导出单臂机器人的运动学递推方程,讨论了其正运动学变化矩阵以及求解雅克比矩阵.然后,以单臂3R欠驱动机械臂为研究对象,对其位置控制进行研究,提出了一种分阶段控制欠驱动机械臂的新方法.控制目的为实现操作臂末端点到达目标位置,由此实现了平面内3自由度欠驱动机械臂的位置控制.     

基于平均分析的欠驱动机械臂的振动控制研究

具有自由关节的平面机械臂系统是典型的欠驱动动力学系统,也是很复杂的非线性系统。控制这种系统已经成为机器人学和控制工程领域的一个主要焦点。本文应用平均方法分析欠驱动机械臂在高频微幅振动输入下的动力学响应行为。据此开发出一种可行的振动控制,控制过程为:首先将主动关节定位到其目标位置,后通过开发的振动控制方法将被动关节控制到目标位置,即通过不断修正主动关节振动输入的振幅来实现对被动关节的控制,振幅的修正通过平均方法分析确定。对平面2连杆欠驱动机械臂的控制仿真实例证明这种方法有效。     

基于Udwadia-Kalaba理论的机械臂位置控制

基于Udwadia-Kalaba理论,文章提出了一种应用于机械臂位置控制问题上的新方法。该方法介绍了一种适用于完整约束或非完整约束机械系统的新颖的、通用的、简洁的运动方程。基于Udwadia和Kalaba提出的方法,分析了机械臂的位置控制问题,可以在不引入拉格朗日乘子等附加参数的情况下,求解机械臂在约束作用下的约束力。需要控制电机转矩来控制机械臂的位置,使其满足给定的轨迹需求,控制电机转矩的表达形式很简洁,可以通过求解Udwadia-Kalaba方程来获得。通过Matlab软件仿真,结果表明可以求得伺服约束控制力,机械臂的运动也满足轨迹控制要求,并且轨迹非常准确。     

相对平面转动参照系的二阶非完整力学系统的运动微分方程

本文从几种二阶非完整约束系统的运动微分方程出发.得到在平面转动参照系中运动的非线性非完整力学系统的几种相应的力学方程,包括Routh方程,广义??方程,广义Nie1sen方程,广义Appell方程,最后给出一例说明所得方程的应用.     

采用模糊补偿的直接驱动机械臂控制

针对直接驱动机械臂惯量大范围变化的问题,设计了一种模型参考模糊补偿器.实时控制结果表明,它与PI控制器相结合,能有效地克服直接驱动机械臂系统变参数因素的影响,保证系统具有良好的动态特性.提出的控制方案既提高了系统的鲁棒性,又可以获得满意的控制性能.     

采用模糊补偿的直接驱动机械臂控制

针对直接驱动机械臂惯量大范围变化的问题，设计了一种模型参考模糊补偿器。实时控制结果表明，它与ＰＩ控制器相结合，能有效地克服直接驱动机械臂系统变参数因素的影响，保证系统具有良好的动态特性。提出的控制方案既提高了系统的鲁棒性，又可以获得满意的控制性能。     

柔性机械臂末端位置的模型参考自适应控制

用线性化模型的最优状态反馈方法构造参考模型，用Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论推导了模太态跟踪的自然应控制率，用ＬＱＲ方法推导末端位置调节控制率，用模型状态跟踪和末端位置跟踪两级跟踪实现了一种单连杆柔性机械臂末端位置的自适应控制。仿真结果表明，该方法渐进稳定，定位准确。     

机械臂位置跟踪自适应反演滑模控制律设计

针对机械臂位置跟踪控制问题,设计了一种新型自适应反演滑模控制律。该方法利用机械臂各关节的位置和速度误差建立了滑模面函数,并根据反演原理设计了反演滑模控制律。然后,通过设计合适的自适应律对外部扰动进行在线补偿,降低了系统对外部扰动的敏感性,有效地抑制了系统的抖振。最后利用Lyapunov定理证明了系统的稳定性。仿真结果说明该控制律具有较好的控制性能。     

环境约束可重构机械臂模块化力/位置控制

针对受环境约束的可重构机械臂系统,提出了一种自适应神经网络模块化力/位置控制方法.利用雅克比矩阵将机械臂末端与环境接触力映射到各关节,将系统动力学模型描述成一组通过耦合力矩相关联的子系统集合,通过控制各子系统的位置和力矩来达到控制末端执行器位置和接触力的目的.利用神经网络估计可重构机械臂系统的非线性项和交联项,通过自适应更新律在线估计神经网络权值函数,并引入滑模控制项补偿估计误差,从而保证闭环系统渐近稳定.最后,在不改变控制器参数的条件下对2个不同构形的2自由度可重构机械臂进行数值仿真,结果验证了所设计控制器的有效性.     

空间机械臂直接驱动、挠性的输入成型控制

针对空间环境和空间任务的特殊性,以空间机械臂模拟实验系统为研究对象,利用空间机械臂动力学模型,设计了脉冲输入成型器.它借助输入成型技术的前馈控制方法,有效地消除机械臂完成跟踪运动的余振动,实验证明:该系统的运动状况能够满足控制系统的要求.     

多段线缆驱动连续型空间机械臂建模与控制

该文针对一类带有弹性杆的新型多段线缆驱动连续型空间机械臂的建模与控制问题开展研究,基于刚体等效建模思想建立了机械臂的几何模型。对每节机械臂进行单元划分,将各单元上的弹性杆等效为轻质连杆。在此基础上,应用欧拉-拉格朗日建模方法,建立了多段线缆驱动连续型空间机械臂动力学模型。针对系统中存在的参数不确定性与外部时变干扰,基于Lyapunov稳定性理论,提出了一种基于非奇异终端滑模有限时间控制(NTSMFC)的连续型机械臂控制方法。仿真结果表明：与比例-微分(PD)控制器相比,NTSMFC能在有限时间内快速跟踪期望姿态角,PD控制器的姿态跟踪快速性较低;NTSMFC姿态角稳态误差为±0.002 rad, PD控制器姿态角稳态误差为±0.01 rad。     

基于位置控制的多自由度机械臂非线性比例-微分阻抗控制

机器人柔顺控制可以响应环境变化,但接触信息的延迟以及未知机器人系统的跟踪误差等问题均导致接触瞬间力矩超调严重。针对上述问题本文提出一种基于自适应位置控制的改进阻抗控制策略,实现快速、精确的位置跟踪,同时,提高力控制的响应速度和精度。本策略采用双环控制,外环在传统阻抗模型基础上引入非线性接触力微分项在保持系统稳定性的同时提高机器人对接触力变化的响应,有效降低接触力超调;内环为自适应滑模控制,并使用RBF神经网络逼近机器人动力学模型并补偿系统中不确定性扰动,提高了系统的鲁棒性,提高收敛速度并降低跟随误差。通过仿真与实验,验证了所提出的改进阻抗控制方法相比于传统的阻抗控制方法有更好的力控响应速度和位置跟踪精度,可有效解决机器人与环境接触瞬间的接触力超调问题。     

受限机械臂的自适应小波滑模位置/力混合控制

针对终端运动受约束的机械臂位置/力混合控制问题,提出了一种自适应小波滑模控制算法.该控制方案将滑模控制的鲁棒性及自适应调整能力与小波神经网络相结合,根据坐标变换得到降阶位置/力模型,针对降阶模型采用小波神经网络在线学习系统未知动力学模型中的非线性部分,同时引入滑模控制自动调整小波网络权值参数,从而对神经网络的固有逼近误差进行有效补偿,达到期望的跟踪性能.二自由度机械臂的仿真结果表明该控制器能保证系统快速有效跟踪指定参考信号.