机械臂系统的自适应跟踪控制

考虑一类非线性机械臂系统的跟踪控制.该系统包含未知的定常参数和多个未知的周期时变参数.提出了一种新的自适应跟踪控制方法,该方法能保证闭环系统的所有信号有界,且跟踪误差趋于零.     

基于混合滑模的7DOF机械臂轨迹跟踪控制策略研究

利用传统PID和高阶滑模控制的优势,提出了高阶滑模和PI控制相结合的混合滑模控制算法,并应用于7DOF机械臂伺服电机的实时轨迹跟踪.伺服电机的混合滑模控制是在位置环和速度环采用高阶滑模-PI混合控制算法,电流环采用传统的PID控制算法.分析表明基于高阶混合滑模控制技术的7DOF机械臂伺服电机系统,能有效消除传统滑模控制中的抖振问题,增强了系统鲁棒性,并实现了快速的轨迹跟踪.最后,在一体式控制平台上实验验证了所提出的算法的有效性和实用性.     

基于RBF神经网络的鲁棒因子滑模变结构多自由度机械臂精确跟踪控制研究

针对具有时变干扰的不确定多自由度机械臂,文章设计了基于RBF神经网络的含有鲁棒因子的滑模变结构高精度跟踪控制方法.针对时变干扰,设计鲁棒因子,将其嵌入滑模变结构控制器,克服了时变干扰对系统跟踪性能的影响.将RBF神经网络控制算法结合鲁棒因子滑模变结构控制,估计多自由度机械手臂系统的不确定因素.采用Lyapunov函数方法,证明了系统的稳定性.对比分析了计算力矩法滑模变结构控制方法,仿真结果证明,基于RBF神经网络的鲁棒因子滑模控制,针对具有时变干扰的含有不确定因素的多自由度机械手臂系统,具有较为精确的跟踪性能.     

区域约束环境下柔性关节机械臂的一致性控制

文章研究了柔性关节机械臂在区域约束条件下的一致性控制问题,提出了一种基于区域势函数约束环境下的柔性关节机械臂一致性控制算法,该算法能够有效控制柔性机械臂同步态的范围,无需计算最终的同步态,因而适用于实际多柔性关节机械臂区域内的协同控制和应用.进一步地,基于网络拓扑结构特征,给出了实现柔性关节机械臂区域可达一致性控制的充分条件.最后,文章给出了数值模拟以验证所提算法的有效性和正确性.     

机械臂运动路径设计

采用D-H方法推导出了机械臂角度姿态与指尖空间位置的关系,以距离偏差为目标,建立了给定位置求机械臂参数的优化模型,并提出了二分步长接近式搜索算法求解该模型.进一步从实际工程精度要求出发,提出了确定精度求指令的方法.针对按照确定曲线运行的问题,采取了离散曲线而且相邻离散点之间一条指令可达的方法,并用改进的二分步长接近式搜索算法来求解.提出了解决避障问题的启发式算法和位姿空间变换法.还对机械臂结构进行了理论分析及论证,根据分析结果,针对旋转角度范围、角度量化、杆长选择等方面提出了一些建议.     

关于机械臂问题的评论

分析问题要求和约束条件,将关于机械臂的转角坐标与目标空间坐标关系的欠定方程组转化为多目标规划模型,进一步归纳解决此问题的三种技术,并给出求解的基本思路.     

基于函数逼近技术的双机械臂自适应阻抗力控制

为提高机器人的智能性与灵活性,文章将人的示教引导作用引入到机器人控制系统中来,通过设计具有适应性的人机交互控制策略,使机器人能在人的引导下,智能地配合操作人员完成指定的任务.这种基于人机交互策略思想所设计的机器人,克服了早期机器人仅能按照预先设定好的程序来完成指定动作序列的弊端,拓宽了机器人的使用范围,为了实现上述目标,文章设计了一个双臂机器人在操作人员引导下移动物体的实验.在实验中,机器人的主动臂直接由操作人员通过力/触觉反馈设备进行控制,从动臂能够自动调整其运动状态以配合主动臂的运动,最终,物体在两臂的夹持下,按照主动臂的运动轨迹移动.文章采用了一种基于函数逼近技术(Function Approximation Techniques-FAT)的自适应阻抗力控制器并将其应用到上述实验中从动臂的运动控制,在仿真实验中,通过与PD(比例微分)+前馈补偿控制器的结果比较,验证了所设计的基于FAT的自适应控制器具有较好的控制效果。     

机械臂运动路径设计问题

针对机械臂运动的逆问题,提出了无障碍空间的牛顿迭代算法.并对牛顿迭代法进行了改进,建立了有障碍空间中避碰问题的一般模型,并对问题进行了求解.对于求出的机械臂指尖的姿态,先采用最大步长调整,再对剩余部分采用一次微调的方法生成指令序列,使生成的序列尽可能的短.针对具体问题①,给出了达到目标点的一个指令序列,步数为89步,精度为0.179mm;对于问题②,离散化裂纹,应用大步长调整的牛顿迭代法,给出了一个运动序列,实现了避碰焊接,各点的平均精度达到0.188mm,并对最低点附近在1mm误差范围内不可达到的区域进行了讨论,用解析和仿真的方法证明和验证了最低点不可达;对于问题③,改进了避碰问题的一般模型和算法,用试探法实现了四个焊接点的无碰焊接,并对圆台内表面在1mm误差范围内不可焊接的区域进行了分析.     

机械臂运动路径设计问题

主要运用最优化的思想对机械臂运动路径的设计问题进行了讨论.首先利用空间几何知识,得出了机械臂末端的空间位置与各关节角度间的关系,然后就不同问题进行具体分析后分别建立了最优化模型并设计了相应算法,根据模型和算法并采用逐步缩小搜索范围等方法对各个问题进行了求解.最后,从提高机械臂灵活性和扩大其适用范围方面提出了改进建议.     

六自由度机械臂的运动规划

为了使六自由度机械臂完成特定的动作,需要设计计算相应的指令序列.首先计算了机械臂位姿与指尖位置之间的关系公式,然后针对机械臂的到达问题、沿曲线运动问题和避障问题,分别提出目标位姿预测、曲线离散到达和受限目标到达三种解决方法,其中涉及的关键算法是自适应搜索法,该方法具有效率高、精度高、适用范围广的特点.在产生指令序列时采用贪心算法.通过以上方法得到的执行结果误差很小(<0.8mm),同时搜索收敛速度也很快.     

具有外部扰动的空间刚性机械臂姿态与末端爪手协调运动的Terminal滑模控制算法设计

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基空间刚性机械臂,载体姿态与末端爪手协调运动的控制算法设计问题．结合系统动量守恒关系及Lagrange方法,建立了漂浮基空间刚性机械臂完全能控形式的系统动力学方程及运动Jacobi关系,并将其转化为状态空间形式的系统控制方程．以此为基础,根据Terminal滑模控制技术,给出了系统相关Terminal滑模面的数学表达式,在此基础上提出了具有外部扰动情况下漂浮基空间刚性机械臂载体姿态与末端爪手协调运动的Terminal滑模控制方案．提出的控制方案不但确保了闭环系统滑模阶段的存在性,同时通过Terminal滑模函数的适当选取,还保证了输出误差在有限时间内的收敛性．此外,由于确保了无论何种情况下系统初始状态均在Terminal滑模面上,从而消除了其它滑模控制方法常有的到达阶段,使得闭环系统具有全局鲁棒性和稳定性．平面两杆空间刚性机械臂的系统数值仿真,证实了方法的有效性．     

机械臂运动路径规划的算法设计

我们对题目中所给的特定的六自由度机械手臂设计一整套通用的算法.让它能够实现点到点移动,有障碍的曲线跟踪,和避障点对点移动三种基本功能.并能自动生成控制台所需要的指令序列.最后我们会对模型的适用范围和准确性进行评价.     

六关节机械臂运动路径设计

就关节式机械臂指尖在任意两点间移动、沿固定曲线移动、机械臂绕开障碍物执行任务以及参数优化等问题展开研究.首先确定了自由度组合到指尖空间位置的映射,建立了求解上述问题的最小二乘模型、泛函条件极值模型,并给出了数值解法.最后,结合图像处理等技术,对各参数的优化设计提出了改进措施.     

基于奇异摄动的柔性关节机械臂约束跟随控制研究北大核心CSCD

针对二连杆柔性关节机械臂,提出了一种基于奇异摄动理论和Udwadia-Kalaba(U-K)方法的控制方法.设计步骤主要分为两步:第一,基于奇异摄动法对系统进行降阶,把系统拆分为快、慢系统,不仅降低了求解系统的阶次,而且克服了系统柔性;第二,基于U-K方法设计了快、慢系统的状态反馈约束跟随控制律,能使快、慢系统约束跟随误差收敛到零,即使系统初始不满足约束条件,该方法不需要借助Lagrange乘子和伪广义速度等辅助变量,可以同时处理完整约束和非完整约束.将以上方法运用在二连杆柔性关节机械臂系统中,解决了二连杆柔性关节机械臂的柔性振荡和约束跟随的问题.使用MATLAB进行仿真,并且与传统PID控制进行了对比,验证了所提出的方法的有效性与优越性.     

移动机械臂的层级聚合建模方法研究

移动机械臂因机械臂在动态作业过程中的耦合效应会影响移动平台的运动特性,增加了整个系统的复杂度和非线性,给系统建模带来了极大挑战.为此提出了一种新的层级聚合建模方法.该方法依据分析力学中Udwadia-Kalaba(U-K)理论的层级属性,首先将移动机械臂划分为3个子系统,并分别利用Lagrange方程建立各自的无约束动力学模型,然后基于移动机械臂机械结构上的约束利用Udwadia-Kalaba基本方程(UKE)建立整体系统模型.此外,针对系统存在初始条件偏差的情况,利用基于Lyapunov稳定性理论来补偿初始条件偏差,以达到收敛理想轨迹的目的.仿真结果验证了该文所提出的建模方法的可行性.     

基于遗传算法的串联机械臂运动学参数标定

对机械臂的连杆参数进行标定可以有效减小由运动学参数不准确引起的机械臂定位误差.文章提出一种基于遗传算法的机械臂关节参数标定方法.首先建立机械臂运动学模型和误差模型,得到关节变量误差的表达式.通过NDI三维动态位移测量系统检测机械臂末端执行器的真实位姿以及各个关节实际旋转角度,作为样本.构建遗传算法的适应度函数,采用遗传算法计算出各关节变量的误差.最后,将该误差用于补偿六自由度串联机械臂真实的连杆参数,多组实验数据证明应用标定后的连杆参数完成机械臂的定位控制可以有效提高机械臂的绝对定位精度.     

基于DMP-RRT的机械臂轨迹学习与避障方法

针对机械臂在工作空间中运动轨迹规划难的问题,文章提出了一种基于示教学习的轨迹学习与避障方法,该方法融合了高斯混合模型(GMM)、动态运动基元(DMP)和快速扩展随机树(RRT)方法.通过GMM表征预处理后的轨迹数据集,提取运动特征,优化轨迹点分布并回归生成示教轨迹.利用DMP模型对优化轨迹进行编码,学习生成复现轨迹,并...     

广义不确定系统的终端滑模控制

本文研究了线性广义不确定系统在满足匹配条件下的终端滑模控制的综合设计问题.利用变结构控制方法设计切换函数和终端滑模控制器,获得了在终端滑模控制下,闭环系统的模态在有限时间内到达平衡点的重要结果.克服了传统的变结构控制方法只能保证闭环系统的模态在平衡点渐近稳定,不能实现有限时间到达平衡点的缺点.举例说明了设计方法的合理性和有效性.     

鲁棒自适应仿生模糊滑模控制

针对一类非线性系统,将生物个体对外界环境的适应对策弓J入滑模控制中,在模糊滑模控制的基础上提出了仿生模糊滑模控制方法.该法利用生物随外界环境变化的主动适应性来设计控制器.在实际问题中往往出现建模误差、外界干扰等不确定因素,为了补偿模糊控制器与理想控制器的误差,增加了一个鲁棒控制器.这样使系统具有更强的鲁棒性和抗扰动性,有效避免抖振和消除误差,达到理想状态.同时,利用Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统的全局稳定性.最后对线性系统和倒立摆系统进行了仿真,结果表明了方法的有效性和可行性.     

基于小波分析的空间机械臂运动规划的最优控制

讨论了空间机械臂系统非完整运动规划的最优控制问题.利用小波分析方法,将离散正交小波函数引入最优控制,由小波级数展开式逼近替代传统的Fourier基函数,提出基于小波分析的最优控制数值算法.仿真结果表明,该方法对求解空间机械臂非完整运动规划问题是有效的.