关键词： 气悬浮技术   柔顺控制   重型部件   六自由度操控  

摘要： 气悬浮技术目前广泛应用于在航空、航天领域的测试和试验等生产环节中,而在产品部件的装配中加入气悬浮技术可以减小装配部件的操控所需要操控力大小,进而使得对部件的操控更加柔和,同时获得较高的控制精度。本文针对基于气悬浮技术的重型部件自动化柔顺对接装配技术展开分析和研究,主要内容包括部件操控运动学原理设计、基于气悬浮技术的部件操控机构设计研究、基于测力反馈的部件柔顺控制方法研究。在所开展的对接试验过程中,部件在其各支撑点所受的力波动均不大。试验结果表明,本文所提出的机构设计及控制方法在工业实践中可以很好地保证真实产品在部件对接过程中的产品装配质量以及产品对接过程的安全性。

关键词： 力/位混合主动柔顺控制   重力补偿   最小二乘   模糊PID控制  

摘要： 以复杂曲面为加工对象,将机器人、砂带机和在线恒力控制算法相结合构成机器人恒力抛光控制系统。对抛光系统加工过程中所受作用力进行分析,根据机器人运动学坐标变化,提出重力补偿算法,消除工件重力对恒力抛光控制系统的干扰。建立力/位置混合机器人主动柔顺控制策略,提出了基于最小二乘参数辨识的力控模型求解方案,并基于模糊PID完成过程控制,实现对抛光力的恒定控制。通过对卫浴五金件的磨抛实验,结果表明该算法可以有效的实现机器人柔顺控制,保持恒力磨抛。

关键词： 柔顺控制   精密抛光加工   工业机器人   终端执行器  

摘要： 近年来,柔顺控制技术研究已成为零件精密抛光加工的热点问题。本文对柔顺控制技术在零件精密抛光加工中的应用现状进行了介绍,详细分析了主动柔顺策略中的被动式终端执行器控制策略以及主动式终端执行器控制策略,指出了其中存在的问题,并展望了柔顺控制技术的发展趋势。

关键词： 四足机器人   跳跃运动   运动规划   阻抗控制   柔顺性控制  

摘要： 针对四足机器人单腿跳跃时的柔顺性问题,建立四足机器人单腿运动学模型,分析模型求解单腿运动学逆解和速度雅可比矩阵。研究单腿的跳跃运动特性并将跳跃运动划分为4个阶段,根据不同阶段的运动策略规划单腿足端运动轨迹。以带速度前馈的位置控制器为内环,阻抗控制器为外环,设计了一种基于阻抗控制的单腿控制系统。利用Adams和Matlab联合仿真,对比分析单腿自由下落时有阻抗控制和无阻抗控制的着地表现,最后仿真分析单腿的竖直跳跃运动,仿真结果表明,合理的运动规划和阻抗控制能有效地减小接触冲击力,单腿系统在跳跃运动时具有较好的柔顺性。

关键词： 空间机器人   大型目标捕获   柔顺接触   阻抗控制   二次规划  

摘要： 多臂空间机器人操作大型目标时,由于受到来自目标把手的较大拖拽力,机器人无法对目标实施有效的操作和运动约束,这些无法预知的外部拖拽可能导致机器人支撑臂的损坏或者任务失败。为了应对上述挑战,提出了一种基于全身阻抗控制和独立导纳控制的组合式接触柔顺全身控制策略,分别在空间机器人多刚体系统质心层面构建机械阻抗特性和在每条机械臂建立导纳特性,实现对外部拖拽的有效管理。基于二次规划(QP)方法构建了系统控制器,将机器人全身运动行为统一起来,设计了包括全身柔顺控制和关节力矩优化在内的QP目标函数,用来实现接触柔顺控制。通过仿真和降维度气浮实验方法综合验证了上述方法的有效性。

关键词： 协作机器人   人机交互   柔顺运动控制   阻抗控制  

摘要： 协作机器人是下一代机器人的重要发展方向,其柔顺运动控制技术对于实现安全稳定的协作交互至关重要。本文针对协作机器人与环境和人交互协作的柔顺性需求,重点讨论基于阻抗控制的柔顺运动控制方法,对阻抗控制器设计的基本方法,阻抗控制的基本架构,改进的阻抗控制器设计方法,协作机器人动力学建模、外界交互环境建模、力感知和阻抗参数选取等关键问题的研究现状进行了综述,并对协作机器人柔顺运动控制的未来发展趋势进行了展望。

关键词： 空间机械臂   力控制   末端柔顺   阻抗控制  

摘要： 当空间机械臂执行任务时与环境相接触,机械臂末端工具和目标之间可能存在很大的接触力.为了将接触力限制在一定范围内,本文提出了基于位置控制内环的阻抗控制对机械臂末端精细工具进行柔顺控制的方法.该方法建立了机械臂末端工具的位姿与接触力/力矩之间的动态关系,使用关节位置/速度传感器和腕力传感器的测量来得到关节角、关节角速度和末端接触力反馈,使得机械臂末端执行器根据反馈作出相应的顺应性运动.研究将阻抗控制应用在复杂精细的末端工具上,将位置和姿态同时纳入柔顺控制器的设计中,实现了末端位置和姿态的综合控制.最后本文以螺钉拆卸为例,对提出的末端柔顺控制律进行位姿控制和接触力控制的仿真验证.仿真结果表明,本文设计的柔顺控制器可以有效控制接触力在合理范围内,并在误差很小的范围内实现位置和姿态的综合控制,对实际工程应用中,机械臂末端的精细操作具有指导意义.

关键词： 空间机器人   多销孔对接   动力学前馈   力柔顺   电机模型  

摘要： 多组销孔对接并固定是空间站舱外可移动仪器设备的最常用安装方式,其中多组销孔的自动对接是空间服务机器人能否代替航天员完成这一任务的关键。针对这一问题,首先对多销孔配合结构的特殊受力情况进行分析,提出适合的力柔顺控制方法,并针对微重力环境下机器人控制所面临的特殊问题,采用基于动力学前馈的控制方法,直接对关节进行力矩补偿,再基于所建立的机器人关节的数学模型,对前馈算法的补偿量进一步映射到电机电流环,从而进一步加快关节响应速度,保证力柔顺装配效果,最后分别针对所提出的力柔顺装配方法和前馈算法进行了模拟微重力试验和仿真试验,试验验证了所提出的针对空间多销孔对接的力柔顺装配控制方法的有效性。该方法为空间服务机器人安全完成舱外仪器设备安装任务提供了技术支撑,并可为空间服务机器人其他任务的安全稳定控制提供借鉴。

关键词： 外骨骼康复机器人   康复训练   Dual-Mode控制   自适应阻抗控制  

摘要： 本文针对目前全球康复治疗的现状，以及已有的下肢康复机器人存在的局限性，开发了一款新型外骨骼下肢康复机器人，可以实现卧姿、坐姿和站姿等多体位康复训练。通过采取多种控制策略，满足不同康复阶段的患者使用。\n 根据人体下肢结构特点和康复训练需求，设计了一款能实现多体位康复训练的下肢外骨骼康复机器人，并讲述了所设计机器人的机构组成和工作原理。详细介绍了下肢外骨骼机械腿及其人机力交互模块的设计。\n 通过对人体下肢步态运动机理进行分析，采集了不同人体自然步态数据并拟合成轨迹函数，作为患者康复训练的控制参考步态轨迹。并通过D-H参数法对所设计的外骨骼机械腿进行正、逆运动学分析;运用Lagrange法获得了机械腿的动力学模型。并通过动力学仿真分析，验证了动力学模型的正确性。\n 在患者康复训练初期，针对在“外骨骼主动”即患者被动控制训练的特点，设计了基于PID和模糊控制的Dual-Mode控制算法:当系统误差较大时，采用模糊控制提高系统的动态响应速度;反之，当系统误差较小时，将控制器切换到PID控制，消除稳态误差。通过仿真对比，结果验证了所设计算法的可行性，并有效提高了控制的精度。\n 在患者康复训练恢复期，针对在“患者主动”即机器被动的控制训练时，需要考虑人机接触柔顺性的问题，设计了基于患者病情模糊自适应的PSO阻抗控制算法。在优化阻抗参数的基础上，通过分析患者病情，加入模糊自适应控制器，来补偿系统误差，实现了柔顺控制的目的。\n 在搭建了第一代康复机器人样机的实验平台上，进行了下肢外骨骼机械腿极限位置测试实验、坐-立姿态转换实验。通过基于PID和模糊控制的Dual-Mode控制算法的患者被动实验，验证了所设计被动控制算法能有效提高系统的响应速度，减少稳态误差，提高了控制的鲁棒性。在基于患者病情模糊自适应的PSO阻抗控制算法的患者主动实验中，与传统位置阻抗算法相比，本文设计的算法其跟踪最大误差减少了47.2％，其累计和平均误差减少了50.7％。证明了所设计的算法可以实现期望力跟踪，有效提高了步态轨迹跟踪的精度。

关键词： 空间五指灵巧手   柔顺控制   阻抗控制   控制率  

摘要： 为了可靠稳定地抓握物体,空间五指灵巧手大多采用主动柔顺控制方法。针对单指研究了腱空间和关节空间两种阻抗控制方法。基于所研制灵巧手系统参数建立的动力学模型,对两种方法进行了仿真分析。仿真结果验证了腱张力分配算法和两种控制器设计的有效性。关节空间控制方法消除了耦合效应,从而具有更好的跟踪性能。