关键词： 协作机器人   非结构化环境   控制性能   杨桂林  

摘要： 协作机器人已成为全球机器人产业中发展最为迅速,市场应用最为广阔的一类机器人,而协作机器人的柔顺运动控制技术对于实现安全、高效的人机协作至关重要。从安全防护网走出来的协作机器人,正在逐步融入人类的生产和生活环境,也必将与人类实现安全、高效、紧密的交互与协作。

关键词： 直线电动机   PID控制   模糊控制   动态特性  

摘要： 为了探究永磁同步直线电动机的动态特性,针对其非线性、时变性和强耦合性的特点,建立电动机数学模型,将模糊控制思想与传统PID控制方法相结合,设计一种二输入三输出结构的模糊PID控制器控制直线电机。并以某平板型永磁直线电动机实验平台为基础,在Simulink中搭建控制系统仿真模型,加载初始速度和外部冲击力进行仿真分析。研究表明,在控制直线电动机的推力和速度方面,启动阶段传统PID控制效果明显优于模糊PID,而当系统存在外部冲击时模糊PID控制效果又明显优于传统PID。最后实验验证了两种不同控制方法对典型载荷工况的适用性。

关键词： 柔顺机构   空间机器人   双臂捕获卫星操作   力学模拟   避撞柔顺控制  

摘要： 讨论了空间机器人双臂捕获卫星操作过程避免关节冲击破坏的避撞柔顺控制问题.为此在关节电机与机械臂之间设计了一种旋转型串联弹性执行器(rotatory series elastic actuator, RSEA)--柔顺机构,其作用在于:(1)通过其内置弹簧的拉伸或压缩变形来吸收捕获操作过程中被捕获卫星对空间机器人关节产生的冲击能量;(2)可以利用合理设计的与之配合的避撞柔顺控制策略来保证关节冲击力矩受限在安全范围.首先,利用第二类Lagrange方程分别建立了捕获操作前含柔顺机构双臂空间机器人的开环分系统动力学模型与目标卫星的分系统动力学模型;之后,基于系统动量守恒关系、闭链系统位置与速度几何约束关系,获得了捕获操作后空间机器人与被捕获卫星闭链混合体系统综合动力学方程;最后,基于RBF神经网络提出了一种捕获操作后两者混合体系统镇定运动的全阶终端滑模避撞柔顺控制方案.所提方案结合柔顺机构在有效吸收、缓冲被捕获卫星冲击能量的同时,还在冲击能量过大时适时开、关空间机器人关节驱动器,以避免关节驱动器过载、破坏;此外,还通过最小权值范数法分配了机械臂各关节力矩,以保证双臂协调操作. Lyapunov稳定性理论证明了系统的全局稳定性,系统计算机数值仿真也验证了上述避撞柔顺控制策略的有效性.

关键词： 柔顺控制   神经网络   自适应   自动贴标   力跟踪  

摘要： 针对机器人自动贴标装置与行李表面接触作业的需求,确保在环境参数未知的情况下标签粘贴的可靠性,需同时对装置的末端位置与接触力进行控制。依据柔顺控制的思想,设计一套可有效降低外力干扰的被动柔顺贴标机构,并研究一种基于神经网络的自适应阻抗控制算法。在传统阻抗控制的基础上,利用自适应增益更新阻抗参数,消除不确定环境信息的影响,同时采用神经网络逼近动力学模型中的不确定项,改善系统的鲁棒性。利用MATLAB/Simulink搭建二自由度机器人的仿真平台,验证该力跟踪算法的有效性。结果表明,该方法可以更好地适应行李表面环境,确保贴标的可靠性。

关键词： 力控制   电磁柔顺   PID控制   BP神经网络PID  

摘要： 针对工业生产中的打磨工艺,基于电磁柔顺单元进行多种控制策略的设计与仿真分析;首先基于电磁柔顺单元系统模型以及相关性能系数,设计并进行控制系统开环特性仿真。通过对电磁柔顺单元输入确定变形量以及直流电压,观察柔顺单元的线圈电流以及输出力变化。然后针对电磁柔顺单元的环境不确定性以及电磁干扰等现象,建立电磁柔顺单元的自适应控制策略进行补偿;分别设计增量式PID控制策略,BP神经网络PID控制策略以及模糊PID控制策略并分别基于MATLAB中的Simulink模块进行仿真分析,得出三种策略的控制系统的指标参数。通过分析调整时间,稳态误差以及超调量等指标,确定最优控制策略;仿真结果表明,模糊PID控制策略在电磁柔顺单元上具有最优控制效果。

关键词： 力/位控制   柔顺控制   阻抗模型   压力控制  

摘要： 针对平面研磨的加工特点和工艺要求,提出了一种基于被动柔顺控制的立式数控平面研磨机力/位控制方法。通过分析被动柔顺控制原理,建立了平面研磨加工的阻抗模型,进而得出能够使研磨加工处于动态平衡状态的工艺参数组,消除平面研磨中力与位的相互影响。试验结果表明该方法能够稳定控制研磨压力,定位精度良好,被加工件获得了较好的表面粗糙度,能够满足一般研磨的加工要求。与常用立式研磨机的控制方法相比,该方法能够在位置伺服状态下,避免使用专门的研磨压力控制设备,简化机床硬件和操作流程,提高加工效率,降低生产成本,具有良好的推广和应用前景。

关键词： 空间机械臂   末端执行器   柔顺控制   目标抓捕  

摘要： 空间机械臂是广泛应用于空间探索与实验的重要机电设备,柔顺抓捕技术为其执行主要任务的基础。空间机械臂柔顺抓捕技术主要分为结构设计与控制方法两个方面。首先介绍了目前已成功应用的空间机械臂末端执行器系统,分析了其结构与抓捕原理特点,说明了相应优势与不足,并给出结构优化的合理建议。然后介绍柔顺抓捕的控制方法在空间任务以及部分非空间任务中的成功应用,比较了其特性与优劣,归纳出优化的空间机械臂柔顺抓捕控制策略。本研究期望为空间机械臂柔顺抓捕技术的研究提供思路。

关键词： 工业机器人   接触力   模糊PID控制   抛光作业  

摘要： 针对抛光作业过程中的恒力问题,研究了工业机器人恒力抛光作业的主动柔顺控制系统。通过六维力传感器对采集到的力信号进行了滤波、重力补偿,得到抛光工具与工件间的实际接触力;采用模糊PID控制策略,控制恒力补偿装置实现柔顺位置补偿,保证抛光工具与工件间恒定的接触力,从而完成机器人对工件柔顺恒力抛光作业的要求。该方案可以满足抛光机器人对位置和力分别控制的要求。

关键词： 行星齿轮   柔顺控制   齿轮装配  

摘要： 针对多级行星齿轮柔顺装配问题,首先介绍了国内外柔顺技术的发展状况,提出一种基于力/力矩的主动柔顺控制方式。然后,在对装配作业任务分析的基础上,设计一套两自由度的柔顺装配机构,并对控制系统构成、装配策略与柔顺控制算法进行研究。最后,通过多组齿轮的装配实验,验证了研制的柔顺装配机构与控制系统的性能。

关键词： 人机协作   力信息   机器学习   柔顺控制   意图识别  

摘要： 为了实现人机协作所需要的柔顺控制,需要机器人具有一定的合作经验。通过分析人进行意图识别的方法与过程,提出一种基于机器学习识别操作者意图的方法。建立了BP神经网络模型,对机器人进行意图识别离线训练,使其具有一定的合作技能,以便在合作过程中能够根据合作者的作用力和机器人的运动特征在线估计人的意图。该方法的优势在于克服了传统方法中建立人机合作模型困难,尤其复杂多变的人体运动模型,人体阻抗参数难以估计等缺点。实验结果证明:该方法减小了合作者作用力的同时,提升了人机协作的运动同步性,机器人柔顺性得以提高。