关键词： 摘钩机器人   传感器标定   导纳控制  

摘要： 针对货运列车摘钩自动化需求,在自主设计的摘钩机器人系统基础上,提出和应用柔顺控制算法,有效提升摘钩过程的鲁棒性,解决了由于车钩变形所导致的摘钩失败问题。具体通过对传感器零点值以及末端安装抓取机构的重力进行标定补偿,得到机器人与车钩交互的实际外力,并输入基于导纳算法的机器人控制器中,使机器人对车钩运动轨迹进行适应性调整。经过实际摘钩作业验证,相较于使用位置控制进行摘钩,该算法能有效避免车钩与机器人发生干涉,提高了摘钩的成功率。

关键词： 轴孔装配   力/位混合控制   柔顺控制   机器人装配  

摘要： 阀门在装配过程中由于轴孔间存在弹性元件,导致阀门在轴孔配合、旋拧过程中易出现卡阻现象。建立考虑弹簧元件的阀门装配力学模型,并对弹簧元件的影响进行分析。采用一种基于间接自适应控制的阀门自动化装配方法,通过末端力信息对期望位置进行自适应调节,以实现对期望力的跟踪。该方法对不同阀门弹性元件有较好的适应能力。对安装2种不同刚度弹簧元件的阀门在一定初始位姿下进行装配仿真,结果表明:与传统的固定阻抗参数方法相比,该方法对装配角度、弹簧刚度有较好的适应性,满足阀门自动化装配要求。

关键词： 四足机器人   终端滑模控制   柔顺控制   对角步态  

摘要： 为使四足机器人能够在未知崎岖地形中以对角(Trot)步态柔顺且稳定地行走,提出了一种复合抗扰柔顺控制策略。首先,四足机器人的机身和支撑相采用内外环分层控制策略,外环采用全局快速终端滑模控制器来控制机身的位姿,以使机身位姿快速精确地收敛到平衡状态,并通过设计非线性干扰观测器来消除系统不确定性和外界扰动,以进一步提高系统的鲁棒性;其次,内环采用基于力的PD控制器,以使支撑相的足端接触力能够跟踪滑模控制器所需的期望力,实现足端与地面的软接触,减少对机器人的冲击;同时,摆动相采用具有相同主动柔顺性的阻抗控制器;最后,采用MATLAB/Simulink进行了对比仿真实验,结果表明在所提控制策略下,四足机器人在未知崎岖地形中行走具有良好的鲁棒性和柔顺性。

关键词： 柔顺控制   自适应阻抗控制算法   卡尔曼滤波   机器人控制   环境位置和环境刚度   恒力控制  

摘要： 针对机械臂在工作过程中与环境交互的力柔顺控制问题,提出了一种基于卡尔曼滤波的自适应阻抗控制算法,完成了在环境位置与环境刚度未知的情况下对恒力的稳定控制。首先,构建了机械臂与环境接触的阻抗控制模型,建立了力与位置之间的关系;然后,建立了自适应阻抗控制模型,根据机械臂力跟踪误差与位置误差,对机械臂接触的环境位置和环境刚度进行了估计,对机械臂控制位置进行了更新,再将阻抗控制算法离散化,并利用卡尔曼滤波对阻抗控制系统状态进行了预估和校正;最后,仿真验证了自适应卡尔曼滤波阻抗模型的稳定性与有效性,并运用机器人进行了跟踪实验,对不同环境参数下的恒力跟踪效果进行了验证。研究结果表明:基于卡尔曼滤波的自适应阻抗控制算法对力跟踪误差可以达到5%以内,在斜面环境下的收敛速度可提高61.5%;与传统阻抗控制相比,该控制算法的抖动更小、收敛速度更快,能够实现理想的恒力控制效果。

关键词： 导纳控制   柔顺装配   薄壁变形套筒   螺旋搜索  

摘要： 针对薄壁套筒本身在装配过程中易变形而导致装配困难的问题,提出一种多维方向的离散化导纳力控制装配方法。首先,描述薄壁套筒工件装配过程中因变形产生的问题;然后,利用力变换方法将力和力矩信息转换到工作坐标系上,采用螺旋搜索方式进行套筒预插入,通过导纳控制方法建立“接触力-机器人动作”关系模型;最后,在薄壁套筒对接装配实验平台上进行测试验证。结果表明,机器人采用导纳力控制的方法可以获得末端姿态调整的策略,完成薄壁变形套筒装配,不同位置、角度偏差下的套筒平均装配成功率接近90%。

关键词： 强化学习   机器人轴孔装配   柔顺控制   模糊奖励  

摘要： 为了完成非结构化环境中的机器人轴孔装配任务,提出了一种融入模糊奖励机制的深度确定性策略梯度(DDPG)变参数导纳控制算法,来提升未知环境下的装配效率。建立了轴孔装配接触状态力学模型,并开展轴孔装配机理研究,进而指导机器人装配策略的制定。基于导纳控制器实现柔顺轴孔装配,采用DDPG算法在线辨识控制器的最优参数,并在奖励函数中引入模糊规则,避免陷入局部最优装配策略,提高装配操作质量。在5种不同直径的孔上进行装配实验,并与定参数导纳模型装配效果进行比较。实验结果表明,本文算法明显优于固定参数模型,并在算法收敛后10步内可完成装配操作,有望满足非结构环境自主操作需求。

关键词： 六足机器人   仿生结构设计   柔顺运动控制   生物观测实验   关节电机驱动  

摘要： 现有六足机器人在单足结构设计、机体布置形式及柔顺运动控制等方面存在不足,导致其地形适应能力不强,运动柔顺性能不高。为此,开展了典型六足生物——蚂蚁的观测实验,基于蚂蚁生理结构特征和驱动方式分析,提出了适用于六足机器人结构设计的基本原则;基于低惯量单足结构设计,通过优化机器人机体布局,提出了关节电机驱动六足机器人整体仿生结构;基于六足机器人直行和转向运动步态,规划了三角函数曲线与直线相结合的足端轨迹,提出了基于分级控制的六足机器人柔顺运动控制方法。样机实验结果表明,六足机器人结构设计合理,能够实现相对柔顺的直行和转向运动。研究结果可以为机器人仿生结构设计及柔顺运动控制提供重要参考。

关键词： 空间机械臂   柔顺控制   自适应阻抗控制   最小二乘法  

摘要： 针对空间机械臂与环境接触时环境刚度和阻尼会发生突变或渐变情况下的柔顺控制问题,提出了一种阻抗参数可根据环境自适应改变的控制方法.利用最小二乘法,对空间机械臂接触的环境阻尼与刚度进行在线估计.通过分析空间机械臂与环境接触时的系统特性,推导了环境与机械臂看作一体的二阶系统,并由二阶系统的响应特性提出了阻抗参数随环境自调整的自适应方案.最后以平面2自由度机械臂为对象进行了数值仿真,相较于传统阻抗控制方法,所提出的自适应阻抗控制在力控制精确性、减小最大接触力和适应不同接触环境上有一定的优势.

关键词： 机器人打磨   气动力控制   力位混合控制   自抗扰控制  

摘要： 为解决机器人打磨风电叶片过程中由于理想打磨轨迹和实际打磨轨迹有偏差导致打磨质量差的问题,文中设计了一种安装在机械臂末端的气动柔顺末端执行器,气动柔顺末端控制器控制工件的打磨力,机器人控制器控制打磨末端位姿。由于气动柔顺末端力控制过程中存在强非线性、模型不精确及参数摄动、机器人运动、打磨小车振动等不确定性扰动,在气动柔顺末端建模的基础上设计线性扩张状态观测器、跟踪微分器,提出了自抗扰(ADRC)打磨力控制律。仿真和试验结果表明:该方法有效减小了磨削过程中力的波动,提高了风电叶片表面质量,更好地避免了磨削烧伤,具有抗干扰性强、稳定性强及效率高等特点。

关键词： 上肢康复   蝴蝶优化算法   轨迹定制   轨迹优化   轨迹跟踪控制  

摘要： 卒中后早期的被动康复训练可以促进患者脑神经重塑甚至重获肢体运动能力。多数上肢康复机器人中,只将参数化规则曲线作为被动训练的轨迹,没能融合康复医师的经验及患者的个体特征,缺乏3维个性轨迹的光滑优化;此外,训练过程中的安全柔顺交互的问题未得到解决。针对以上问题,本文基于新型末端牵引式3自由度上肢康复机器人开展轨迹个性化定制优化以及跟踪控制研究。首先,在笛卡尔空间应用导纳算法及力补偿策略实现理疗师对轨迹的定制。然后,用道格拉斯–普克法压缩原始轨迹数据得到型值点,保留初始轨迹的拓扑形状。接下来,用非均匀有理B样条曲线(non-uniform rational b–spline,NURBS)进行插值,并融合动态切换概率和t变异改进蝴蝶优化算法(butterfly optimization algorithm,BOA)优化拟合的轨迹。最后,设计基于径向基(radial basis function,RBF)神经网络的滑模自适应以及速度前馈加比例–积分–微分(proportional–integral–derivative,PID)的控制策略实现末端轨迹跟踪,并增加导纳–阻抗控制形成基于力阈值的多模式柔顺跟踪控制,保证人机交互力较大时患者的安全。结果表明:定制机器人末端轨迹的拖动力在5 N以内;改进的BOA算法具有更高的收敛速度和精度,优化的轨迹曲率和更小;轨迹跟踪控制策略可以将跟踪误差控制在6 mm内;模式切换在0.3 s内响应,能顺应较大交互力,从而提高训练的安全性。