关键词： 工业机器人   自适应阻抗控制   复合材料打磨   主动柔顺控制   力反馈控制  

摘要： 针对复合材料工件表面打磨的机器人主动柔顺恒力控制问题,提出一种基于位置控制的自适应阻抗控制方案。研究了复合材料打磨作业的实际加工过程,通过接触力反馈信号给出控制机器人末端参考位置的控制方法。对传统的阻抗控制方法进行改进,建立机器人参考位置与力跟踪误差的数学模型,并设计自适应控制器,解决了阻抗控制对机械臂末端理想位置的判断问题和打磨轨迹在线补偿问题。对机器人末端的位置轨迹与接触力进行仿真,验证了自适应阻抗控制器柔顺力跟踪的准确性。实验结果表明,自适应阻抗控制方法能够有效地提高复合材料磨削力控制系统的稳定性和鲁棒性,符合复合材料零部件的实际打磨工艺需求。

关键词： 变刚度关节   解耦控制   柔顺性   力矩补偿  

摘要： 机器人柔顺运动有助于提高机器人交互运动时的安全性与稳定性,越来越受到人们的重视。针对一种绳索驱动式具有主被动柔顺性的柔性机器人关节,提出一种适用于绳索驱动式变刚度关节的刚度与位置解耦控制方式,实现了关节位置控制的同时,又实现了关节柔顺性的统一。利用雅可比矩阵和模型间静力学关系,得到关节刚度模型,并通过优化方法对变刚度装置的力学模型和刚度模型构成的非线性方程组求解,实现变刚度关节刚度与位置的非线性解耦。在解耦控制基础上提出一种力矩观测方法,实现了关节力矩补偿,增强了关节位置控制能力;建立了绳索驱动式变刚度关节样机和控制系统,并通过仿真和实验分析的方式验证了所提柔顺控制方式的可行性和有效性。

关键词： 人机协作   接触感知   意图理解   BP神经网络   柔顺控制  

摘要： 为有效理解合作者的操作意图,实现机器人的柔顺控制,文章提出了一种基于机器学习的意图理解方法。离线学习阶段,采用遗传算法同时优化BP神经网络的权值、阈值和拓扑结构;在线实时估计阶段,通过在线学习BP算法,调整网络的权值和阈值,对输入参数与输出速度之间的关系进行自学习,并将这种未知关系保存在网络结构内部,不断预测出操作者的意图信息。实验结果表明,该方法在减小了合作者作用力,降低了合作者努力程度的同时,提升了人机协作的运动同步性。

关键词： 机器人   收获   苹果   柔顺抓取   力学特性   阻抗控制   参数自整定  

摘要： 为了实现苹果机器采摘过程中的柔顺抓取以减小果实损伤,该文在对苹果抓取过程的力学特性变化规律分析的基础上,提出了苹果采摘机器人柔顺抓取的参数自整定阻抗控制方法。首先,利用Burgers黏弹性模型表征苹果的流变特性,将抓取过程分为匀速加载、夹持减速、应力松弛3个阶段,在此基础上求解获得苹果形变量随时间的变化规律和果实接触力与变形量的变化关系。然后,求解出所设计的基于力的阻抗控制系统的期望输入以及抓取环境接触力模型。最后,针对阻抗控制器参数对接触力的影响,构造阻抗参数自整定变化函数,完成改进阻抗控制系统设计。仿真及试验结果表明:依据果实抓取模型及变形规律求解期望位置的方式来模拟末端执行器对苹果的抓取过程是可行的,所建立的抓取环境接触力模型在一定程度上能够避免将环境模型简化为一阶模型而产生的误差。改进阻抗控制得到的期望抓取力更加平顺,其超调量约为2.3%,接触力调节时间减小到0.48 s,接触力的超调量约为2%,较未改进阻抗控制的接触力超调量减小了37.5%。研究结果可为苹果采摘机器人的柔顺控制方法提供参考。

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。