关键词： 核电水池   水下焊接机器人   阻抗控制   模型参考自适应   梯度下降法   参数估计器   末端执行器   力跟踪  

摘要： 针对核电站水池焊接过程中的复杂工作环境和高精度焊接要求,文中采用梯度下降法逐步更新参数估计器的参数,实现参数的自适应调整,提高自适应控制的性能和鲁棒性。将模型参考自适应控制和变刚度阻抗控制相结合,提出了一种基于梯度下降法的模型参考自适应变刚度阻抗控制方法(Model Reference Adaptive Control-Variable Stiffness Impedance Control,MRAC-VSIC),用于实现自适应柔顺控制器中的刚度参数调整。利用Lyapunov稳定性理论对MRAC-VSIC方法进行闭环稳定性分析,证明了其闭环系统的稳定性。仿真结果表明,所提方法提高了机器人的动态响应能力和控制系统的鲁棒性,减少了稳态力误差的产生,提高了焊接过程中的控制精度和稳定性。

关键词： 磨抛机器人   轨迹跟踪   柔顺控制   智能优化  

摘要： 磨抛机器人广泛应用于高精度制造与表面处理,其核心技术是轨迹跟踪和柔顺控制。综述磨抛机器人轨迹跟踪控制方法、柔顺控制原理及其应用。分析了轨迹规划、跟踪算法与误差补偿技术,探讨了柔顺控制原理、力/位移控制及系统优化方向。针对现有研究中的不足,提出了未来的发展方向,如与人工智能相结合,以提升磨抛机器人的精度与稳定性,推动智能制造产业进步。

关键词： 在轨装配   空间机器人   柔顺控制   深度强化学习   并行训练  

摘要： 为应对空间机器人在轨装配中装配对象振动、机器人-结构动力学耦合问题,改善现有方法参数调整困难和控制性能差等不足,提出一种结合阻抗控制与深度强化学习的模型-数据混合驱动方法,实现空间机器人装配策略的高效学习。首先,建立拼接式空间望远镜的模块化在轨装配场景,分析自由漂浮空间机器人和装配对象之间的动力学耦合现象,并将模块装配问题描述为马尔可夫决策过程。然后,以空间机器人关节阻抗控制作为先验模型,构建基于深度强化学习的装配策略学习方法,以应对空间机器人和装配对象之间的动力学耦合效应。最后,使用近端策略优化算法,完成装配策略的学习。为实现装配策略学习方法的快速验证,使用Isaac Gym软件构建了空间机器人在轨装配的并行化训练与测试环境。通过仿真与分析,验证了所提方法在提高柔顺控制性能和应对不确定性时的鲁棒性。

关键词： 机械臂   柔顺控制   螺栓装配   导纳控制算法  

摘要： 为针对煤矿井下巷道管道固定式螺纹孔螺栓装配的自动化安全需要,针对配置有六维力/力矩传感器的六自由度机械臂,研究了基于导纳方法的螺栓紧固柔顺操作控制算法。主要内容包括基于六点定位法的重力补偿算法和基于导纳的螺栓紧固柔顺控制算法的理论研究;搭建基于机械臂的螺栓紧固实验系统,开展固定式螺纹孔螺栓装配实验。结果表明:在进行装配时所受力和力矩会有减小的趋势,基于导纳方法的柔顺操作控制算法具有有效性和安全性。

关键词： 机器人   绳索驱动   航天员训练   人机共融   柔顺性控制   滑模控制   导纳控制   控制策略  

摘要： 为满足不同航天员的不同训练任务对人机交互柔顺性的个性化需求,本文设计了模块化绳索驱动航天员下肢训练机器人,建立了机器人的系统运动学和动力学模型,并设计了一种具有系统安全评价与监督的模糊滑模变导纳柔顺协调控制策略以实现辅助训练对象开展运动训练。利用UG/ADAMS/matlab软件建立了机器人系统的联合虚拟仿真实验平台,对控制策略进行了验证,仿真实验结果表明:设计的控制策略可以满足不同训练任务的柔顺性和训练强度的个性化需求。将其控制策略应用到绳索驱动航天员下肢训练机器人系统中,可以实现由被动训练模式向具有不同训练强度的主动训练模式自动切换,保证训练过程中的安全性和舒适性。

关键词： 柔顺控制   离散时间人机协作系统   人类行为估计   在线顺序极限学习机   预定性能  

摘要： 为了使人机协作系统中机器人能够准确地顺应人类行为,提出了一种基于在线学习的离散时间预定性能柔顺控制方法。该方法在外环采用在线顺序极限学习机算法估计人类行为,并将估计结果结合参考阻抗模型来重建参考轨迹。在内环建立了离散时间预定性能控制器用于跟踪重建后的参考轨迹,并利用时间延迟估计来获得机器人复杂的未知动力学模型。分析了闭环系统的瞬态和稳态性能,通过对比仿真验证了该方法的有效性。所提的离散时间控制方法可更好地满足数字计算机的工作原理,在减少计算和内存负担的基础上,使得机器人末端执行器的跟踪误差能够满足预设性能要求。此外,该方法无需机器人精确的数学模型,同时还能减轻人类操作机器人的力量负担,保证人机协作的柔顺性。

关键词： 失效航天器   消旋操控   等离子羽流   滑模控制   气浮卫星  

摘要： 随着卫星发射数量的逐年增加,轨道资源日渐枯竭,因此对失效卫星开展在轨维修势在必行,其中消旋是至关重要的第一步.传统接触式消旋方法存在接触易碰撞的安全隐患,而现有非接触式方法也有能耗代价大、操控距离短等弊端,为此本文提出了一种利用霍尔推力器产生的高速等离子羽流对翻滚目标开展非接触式柔顺消旋操控的新方法.首先,建立了等离子羽流对目标帆板冲击力的解析化模型,实现了操控力的快速解算;而后提出了基于章动动能抑制的羽流瞄准点最优制导律,使得翻滚目标的章动与自旋得到了协同抑制;在此基础上设计了服务航天器非奇异快速终端滑模控制方法,实现了对期望轨迹的精准跟踪,保证了消旋操控的精度.数值仿真结果验证了等离子羽流操控的可行性,并在气浮卫星实验平台上验证了控制方法的有效性.

关键词： 轴孔装配   双臂机器人   任务分解与分配   轨迹规划   柔顺控制  

摘要： 为了高效、安全地完成轴孔装配任务,提出一种双臂机器人协调柔顺控制策略.根据轴零件、孔零件自身的结构特点,设计一种满足小容差限制的一次装配成型任务方案.在此基础上,基于双臂主从协调的思想,对任务进行了分解和分配.同时以消除孔零件和轴零件之间的位姿偏差为目标,规划了平滑的双臂运动轨迹.考虑到零件之间柔顺接触的要求,构建一种自适应阻抗控制器.为避免接触力往复震荡带来的控制失稳问题,在该控制器中加入了刚度系数自适应调节功能.基于UR10e机械臂搭建了双臂机器人轴孔装配实验平台,并且通过实验验证了提出的双臂机器人协调柔顺控制策略的有效性.

关键词： 非对称积分障碍李雅普诺夫函数   导纳控制   力矩观测器   反演滑模控制   下肢康复外骨骼机器人  

摘要： 为保障下肢失能患者主动康复训练的效果和安全性,针对下肢康复外骨骼机器人设计一种基于非对称积分障碍李雅普诺夫函数的无力矩传感器导纳控制方法.首先,基于广义动量法设计一种滑模观测器,用以实时估计人机交互力矩,从而降低下肢外骨骼对力矩传感器的依赖.其次,面向下肢外骨骼构建一种导纳控制框架,利用饱和函数将外环导纳模型生成的参考轨迹约束在预定的安全区间内,以保证外骨骼的柔顺性与安全性.此外,针对内环步态轨迹跟踪设计一种基于非对称积分李雅普诺夫函数的反演滑模控制算法,保障系统的输出约束性能与步态轨迹跟踪精度.最后,基于李雅普诺夫稳定性判据证明控制系统的稳定性,并在下肢康复机器人实验平台上验证所提出控制算法的有效性和优越性.

关键词： 机械臂   柔顺控制   力控制   分阶段   自适应算法  

摘要： 空间操作任务对空间机械臂的柔顺控制品质要求不断提高,采用单一控制方法易造成较大的末端接触力超调或动态偏差。结合自适应阻抗与自适应导纳控制方法的优点,提出一种基于分段自适应的力/位混合控制方法。所提方法按空间实现力、位分控,并基于子空间期望末端加速度叠加的方式,求取关节控制力矩。力空间控制中,采用自适应导纳控制实现初始位置到目标位置的快速过渡,在接近目标位置时,采用自适应阻抗控制实现末端的高精度稳定控制;由于位置空间控制中期望力和接触力均为0,直接采用PD控制即可获得与自适应控制方法相同的效果。仿真结果表明:相较于自适应阻抗或自适应导纳单一控制,采用所提方法时接触力超调量和动态偏差更小,全程控制品质更优。