关键词： 串联式机械臂   柔顺性控制   运动学分析   前馈PID  

摘要： 基于传统串联式机械臂末端采用位置伺服控制,纯位置控制无法满足末端与外界环境柔性接触,尤其是串联式焊接机器人末端接触力一旦过大,容易造成末端受损,就这一问题提出了一种位置内环阻抗外环的柔顺性控制方法。首先,建立串联式机械臂D-H坐标法则,对机械臂进行运动学分析;其次,设计了串联式机械臂柔顺性控制算法,内环采用前馈PID位置控制算法,外环采用常规定阻抗算法;最后,结合实际串联式机械臂平台进行末端接触力柔顺控制实验。实验结果验证了该位置内环阻抗外环的柔顺性控制方法的有效性,能够很好地解决串联式机械臂末端接触力过大问题。

关键词： 捕获操作   弹簧阻尼装置   柔顺策略   冲击效应   强化学习  

摘要： 为了在空间机器人捕获卫星操作过程中保护关节不受冲击破坏,在电机与机械臂之间加入了一种弹簧阻尼装置(SDD)。该装置不仅能够吸收、消耗冲击能量,还能配合柔顺策略将冲击力矩限制在安全范围内。分别利用含耗散力Lagrange方程法与Newton-Euler法建立了碰撞前的分体系统动力学方程;基于位置、速度约束与牛顿第三定律导出了碰撞后的混合体系统动力学方程,且对碰撞冲击效应与碰撞力进行了计算;针对捕获操作碰撞时间短、数据源少的问题提出了一种基于Barrier-Lyapunov函数的自适应积分强化学习控制方案;通过Lyapunov定理证明了系统的稳定性,通过数值仿真表明了SDD的抗冲击性能与柔顺策略的有效性。

关键词： 水利建设   平仓振捣机   特高拱坝   智能振捣   智慧大坝   柔顺控制   智能机器人  

摘要： 为了应对新时期特高拱坝智能化建设所带来的机遇和挑战,提高大型水工建筑混凝土浇筑工序的自动化、智能化、精细化及柔顺化水平,助力于构建面向未来的智能振捣及施工质量智能管控体系,综述了混凝土平仓振捣机的国内外研究背景和技术现状,对现有振捣设备及工艺在大坝浇筑施工中面临的困境进行了深入分析。结果表明:尽管混凝土平仓振捣机在水电建设行业的应用已相当成熟,但国内外对于其新技术和新工艺的研究却进展缓慢,现有平仓振捣机在功能和性能上已经难以满足大型水工建筑的施工需求,因此研究大规模混凝土的先进振捣技术和施工工艺具有重要的现实意义。混凝土平仓振捣机的智能化发展趋势,符合未来水利水电行业的总体发展要求,有利于建造出真正安全且造福国计民生的"无缝大坝",也为其他工程设备及液压机器人的智能化发展提供了重要借鉴。

关键词： 磁铰链   微纳聚合体卫星   构型重构   柔顺控制   模糊控制  

摘要： 为使磁铰链约束下的微纳聚合体卫星克服磁铰链阻力矩的阻碍作用成功实现变构,并防止变构过程中磁铰链的脱附,减小模块再拼接时的碰撞冲击,设计了一种用于微纳聚合体卫星的柔顺变构控制方法.首先利用第2类拉格朗日方程建立了磁铰链约束下的多刚体系统的动力学模型,设计了微纳聚合体卫星变构的模糊控制律;然后根据柔顺控制的要求设计了一种量化因子K e与K c的模糊调节器,引入到原模糊控制器中以改进控制方法.此控制方法具有不依赖系统动力学模型、仅需对参与变构的模块施加控制的优点.为量化评估变构过程的柔顺程度,设计了两个柔顺程度评估参数;最后通过仿真与气浮台物理试验对控制方法进行了验证,对比了固定量化因子与量化因子在线调节两种控制方法下变构过程的柔顺程度.数学仿真与气浮台的物理试验结果表明,改进后的模糊控制相比于固定量化因子的模糊控制,可使变构过程中模块相对运动角速度变化更加平缓,模块再拼接时相对角速度更小,达到了柔顺变构的目标.

关键词： 主动柔顺控制   机器人动力学   关节转矩控制   转矩观测器   电机转矩模型   碰撞保护  

摘要： 针对机器人系统对柔顺性、安全性的要求,提出了一种基于电机电流的机器人主动柔顺控制方法,并采用硅片传输机器人进行拖曳式示教和碰撞保护实验。首先通过磁场定向控制(field oriented control,FOC)将永磁同步电机的转矩模型化为较为简单的形式,同时机器人的动力学模型也可根据硅片传输机器人特殊的构型及关节耦合关系而大大简化。然后将永磁同步电机的转矩模型与机器人动力学模型结合,设计扰动观测器,进行基于电流模型的转矩检测。最后将转矩观测器与力/位混合控制结构结合,实现基于电机电流的机器人主动柔顺控制,并在硅片传输机器人进行实验,实际运行结果验证了该方法的有效性。与传统机器人主动柔顺控制方法相比,该方法不需要额外的传感器,成本低廉,不降低机器人自身刚性,具有广泛的适用性。

关键词： 液压足式机器人   阻抗控制   柔顺控制   液压回路  

摘要： 针对传统液压足式机器人足式步态行走过程中,足端会受到地面较大冲击力,容易对机身产生冲击,造成机身不平稳等问题,提出了一种基于位置内环阻抗外环的柔顺控制算法,有效地降低了足端冲击力,使得足端与地面友好接触。首先,以液压足式机器人单腿为对象,对机器人单腿结构和工作原理进行介绍;其次,设计了单腿液压伺服控制回路系统,并对液压足式机器人元器件进行选型;最后,针对足式行走足端柔顺性触地问题设计了位置内环阻抗外环的柔顺控制算法,利用单腿实验平台进行柔顺性触地实验。实验结果表明基于位置内环阻抗外环的柔顺控制算法,有效地降低了足端冲击力,验证了该文设计思路及算法应用的可行性。

关键词： 空间机器人   双臂捕获卫星操作   缓冲装置   速度重构   减撞柔顺控制  

摘要： 为避免空间机器人双臂捕获卫星过程关节遭受冲击破坏,提出在机械臂与关节电机间加入一种缓冲装置,其通过内置弹簧来吸收捕获碰撞过程卫星对空间机器人关节的冲击能量,并结合减撞柔顺控制策略来保证捕获后的镇定过程关节冲击力矩在安全范围内。利用拉格朗日方法得到了捕获操作前含缓冲装置双臂空间机器人系统及卫星系统的动力学模型;之后,基于冲量定理、系统运动关系及牛顿第三定律,得到了捕获操作后双臂空间机器人与卫星混合体系统综合动力学方程;最后,针对捕获操作后受碰撞影响失稳的混合体系统,提出了基于速度重构、不确定估计的减撞柔顺控制方案。所提出的方案将速度重构、不确定估计与控制器结合,优化了控制器对系统不确定非常敏感及速度测量不准确的问题。仿真结果表明,含缓冲装置空间机器人不仅能在捕获碰撞过程减小至少50.2%的关节冲击力矩,还能在镇定过程冲击能量过大时刻应时开、关关节电机,实现对关节的保护。

关键词： 空间机器人   弹簧阻尼缓冲机构   避撞柔顺策略   冲击效应   强化学习  

摘要： 针对空间机器人捕获卫星操作过程中,关节因受冲击载荷而易造成冲击破坏的问题,在关节电机与机械臂之间设计了一种弹簧阻尼缓冲机构.缓冲机构不仅能利用弹簧实现捕获操作过程的柔顺化,利用阻尼器实现碰撞能量的吸收及柔性振动的抑制;还能通过合理设计与之配合的避撞柔顺策略使关节所受冲击力矩限定在安全范围内.首先,分别利用含耗散力Lagrange方程法与Newton-Euler法导出了碰撞前的空间机器人与被捕获卫星的分体系统动力学方程;然后,结合Newton第三定律、捕获点的速度约束、各分体的位置约束获得了捕获后的混合体系统动力学方程,且基于动量守恒关系计算了碰撞冲击效应与冲击力;最后,提出了一种结合缓冲机构的避撞柔顺强化学习控制方案,该方案通过实时与动态环境试错交互得到惩罚信号,并利用惩罚信号对控制器进行优化,实现对失稳混合体系统的镇定控制.利用Lyapunov定理证明了系统的稳定性;数值仿真验证了缓冲结构的抗冲击性能及所提策略的有效性.

关键词： 机器人   柔顺装配   接触点处受力   改进力/位混合控制算法  

摘要： 针对复杂接触环境下机器人柔顺装配困难的问题,提出了一种基于受力信息精准获取与改进力/位混合控制算法的柔顺装配方法.在对机器人末端力传感器进行零点补偿及负载重力补偿后,通过矩阵变换实时计算出装配接触点处机器人末端执行器的真实受力,并在力控制过程中让机器人的运动遵循双曲正切速度—力关系.实验结果表明,机器人在装配过程中并未发生明显的抖动,所提算法具有良好的柔顺装配效果.

关键词： 动力学模型   导纳控制   柔顺控制   牛顿-欧拉法   粒子群算法  

摘要： 提出了一种基于动力学模型的导纳控制算法,用来实现机器人末端力和位置的柔顺控制,可以在速度模式下控制机器人运动,以保证无外力接触时的轨迹跟踪精度.首先,根据牛顿-欧拉法建立机器人动力学模型;然后,通过粒子群算法辨识动力学模型参数,得到完整的动力学模型;在此基础上,计算机器人末端位置误差和外力,利用设计的导纳控制器实现机器人的柔顺控制,用Matlab的Simulink仿真模块验证了基于动力学模型导纳控制的有效性和可靠性.仿真结果表明:机器人末端没有与环境接触时,具有较高的跟踪精度;与环境接触时,机器人末端会产生位置误差和外力,从而实现机器人的柔顺控制.