关键词： 弱撞击空间对接   传递性能   尺度综合   柔顺控制  

摘要： 相比于传统的被动缓冲式空间对接,弱撞击空间对接具有对接过程中接触力小、允许的初始位姿偏差大等优点,因此成为国际空间技术研究的热点。柔顺对接需要在对接过程中实时采集对接接触力,进行信号处理并完成位置命令修正,导致控制系统更加复杂;同时,由于弱撞击空间对接机构允许的对接初始条件更加恶劣,所以有必要选择合适的优化目标对空间对接机构进行优化设计。因此本文对弱撞击空间对接机构的优化设计方法以及柔顺控制策略进行了研究,为开展弱撞击空间对接进行理论储备。首先,为完成弱撞击空间对接模拟实验,本文以Stewart平台作为主动对接平台,在每个支链末端安装一维力传感器,用于采集对接过程中的接触力信息,完成其构型设计,进行其正逆运动学分析,其中正运动学采用数值迭代的方法完成,并完成其雅克比矩阵的推导,为后续的尺度综合和柔顺控制奠定了基础。为提高对接机构的综合性能,对基于雅克比矩阵和螺旋理论的并联机构的性能评价指标进行深入的对比分析,选定具有坐标系不依赖性和单位统一性优点的螺旋理论评价指标,利用其进行结构优化,并提出全局传递性能指标(GTIc)来评价确定工作空间条件下并联机构的传递性能。采用粒子群算法开展空间对接机构的尺度综合,为弱撞击对接机构的研制提供理论指导。基于此,进行对接机构的设计以及优化结果的验证。然后,为实现弱撞击空间对接,降低对接过程中的接触力,本文在传统阻抗控制的基础上,设计惯量-阻尼控制器,消除由于机器人末端操作器偏离期望位置而产生的恢复力,使机器人表现出对环境的完全适应性。此外,提出期望对接力解算方法,用以判定对接是否完成。并在此基础上,提出关节空间柔顺控制策略和笛卡尔空间柔顺控制策略来完成对接环位姿测量不精确条件下的弱撞击对接,采用MATLAB和ADAMS联合仿真方式验证两种控制策略的可行性,并对比分析其各自的优缺点。最后,设计3UPS-PS并联机构作为被动对接平台以构建对接模拟实验系统,完成其电气控制系统和软件控制系统的研制,对主动柔顺控制策略进行实验验证。完善了弱撞击空间对接实验流程,攻克力信号滤波、重力补偿、主被动对接环位姿测量等相关技术,并进行弱撞击空间对接模拟实验,验证控制策略的可行性。

关键词： 搅拌摩擦焊   运动学仿真   流形算法   参数在线估计   阻抗算法  

摘要： 搅拌摩擦焊是一种新型的固相焊接技术,有着热焊接技术所不具有的优点,所以在工业生产中得到广泛的应用。现阶段的搅拌摩擦焊设备主要是由铣床改装或者与串联机器人结合在一起,这种配置在焊接板材较厚的复杂空间曲线时,便不符合使用要求。本文首先介绍了搅拌摩擦焊技术的起源、原理和发展现状,分析了搅拌摩擦焊技术相对于热焊接技术的优势,并阐述了到目前为止,搅拌摩擦焊技术在各工业领域的应用概况。其次,确定了搅拌摩擦焊机床的整体方案,并进行了建模,对并联机构进行了分析,得到了运动学正反解和速度雅各比矩阵,并在Adams和Matlab中验证了结果的正确性,为接下来的位置控制研究做好了准备。然后,基于流形控制算法设计了位置控制器,利用前面得到的运动学结果,对并联机器人进行了运动学研究,并通过仿真验证了算法的快速性和精准性。搅拌摩擦焊机床的运动学研究是柔顺控制研究的基础。最后,由于搅拌摩擦焊机床在工作时,搅拌头对工件的轴向锻压力,是搅拌摩擦焊工艺的一个非常重要参数,为了保证在工作时搅拌头的轴向锻压力基本恒定,必须对搅拌摩擦焊进行柔顺力控制研究。通过对传统阻抗控制算法进行稳态误差分析,在误差等于零的情况下得到了工件的参数在线估计算法,将传统的阻抗控制算法和工件的参数在线估计结合起来对搅拌摩擦焊机床进行了柔顺控制研究,并在Adams和Matlab中进行联合仿真,验证了该控制策略的优越性。

关键词： 柔顺控制   力操作   电机控制   卡尔曼滤波  

摘要： 对类似由人操作进行上下移动的医疗设备,采用辅助的力传感器手柄改进操作方式。提出了基于阻抗模型的人手控制期望计算方法。该方法根据设备的运行状态以及交互力大小估计人的控制意图,并对控制意图进行卡尔曼滤波,以期望减少噪声和避免系统震荡。控制系统以控制期望作为控制量,根据设备的运行速度切换速度控制模式或者位置控制模式。实验证明控制方法能够达到节省人力的目的,并具有较好的控制精度。

关键词： 冗余驱动   运动协调方程   鲁棒性轨迹跟踪   柔顺性控制  

摘要： 并联机构增加冗余驱动支链可提高其力学和运动学性能,但增加了其控制复杂程度。为实现冗余驱动并联机构的有效控制,推导了3RPS/UPS冗余驱动并联机构各支链的运动协调性方程。基于虚功原理,推导了3RPS并联机构Lagrange动力学方程,由此建立了机构的鲁棒性轨迹跟踪控制模型。确立了冗余驱动支链的动力学方程,由此建立其目标阻抗控制模型。采用模糊PID控制策略对冗余驱动支链目标阻抗模型进行实时内力跟踪,保证支链的内力控制在合理范围之内,实现了对冗余驱动并联机构的柔顺性控制。通过仿真分析验证了控制策略的有效性。

关键词： 永磁同步直线电机   PID控制   模糊PID控制   变论域   伸缩因子  

摘要： 针对永磁同步直线电机中存在的非线性、时变性、强耦合性和外部负载不确定性等特点,提出一种变论域模糊PID控制方法,通过模糊控制在线调整论域伸缩因子,改变模糊PID控制论域大小,以有效避免函数型伸缩因子结构与参数难以确定等问题。利用Simulink对永磁同步直线电机控制系统进行仿真,比较传统PID、模糊PID与变论域模糊PID控制效果发现,变论域模糊PID控制具有更好的动态性能和较强的鲁棒性。

关键词： 运输机器人   脚力   柔顺控制   鲁棒性   控制平台  

摘要： 为解决足式施工运输机器人腿部控制柔顺性的问题,将ARM技术应用到机器人腿部柔顺性测试平台的搭建中。文中对机器人控制算法的稳定性和鲁棒性进行了分析,并提出了机器人平台硬件构架的设计方案,建立机器人腿部柔顺性控制平台。在此平台上,对自适应控制算法的控制性能进行了测试,完成了机器人电流检测试验,以及存在力传感器干扰和期望脚力指令干扰情况下机器人脚力跟踪试验。试验结果表明,该ARM控制平台能准确地控制机器人腿部的行走,实时测量机器人在运动过程中脚力及电流变化情况,证明了该算法能够实现脚力跟随,保证了机器人行走的稳定性。

关键词： 粒子群算法   柔顺控制   阻抗控制   机械臂  

摘要： 阻抗控制策略是实现机械臂的末端力柔顺控制的一种重要方法.然而,针对阻抗控制参数的确定,目前尚缺乏通用算法.粒子群算法具有概念简单、易行、鲁棒性好等特点,适用于阻抗控制参数的确定与优化.通过分析基于力反馈的笛卡尔空间阻抗控制结构,采用粒子群算法整定阻抗控制参数.结合阻抗控制自身特点对粒子群算法做了相应改进,并通过仿真验证了优化后的阻抗控制算法可实现对七自由度机械臂的柔顺控制且具有较好的鲁棒性.

关键词： 汽车   机器人   研抛   柔顺控制  

摘要： 构造了机器人力控制系统中的被动结构，确立了接触力与位置偏差之间的关系，使机器人在约束环境的运动中保持适当的接触力。利用力反馈原理来增加机器人在约束环境中的定位精度，根据控制系统优化的内模原理，实现力控制的无静差跟踪伺服和镇定补偿器。证明了主一被动结构研抛机器人力外环柔顺控制系统的可行性和有效性，为实现汽车钣金件的自动抛光打下了坚实的基础。

关键词： 结肠镜机器人   连续型机器人   力感知   柔顺控制  

摘要： 人体肠道具有相对浮动性,形状及位置不完全固定,为了提高结肠镜机器人进行内窥镜检查时的安全性以及可靠性,本文研究了一种基于力感知的结肠镜机器人柔顺控制方法.首先分析及设计了符合结肠镜机器人本体表面结构的压力传感器,然后基于肠道生物力学特性以及机器人关节耦合关系分析,提出其柔顺控制算法.最后,搭建机器人控制系统进行实验,验证该控制方法的可行性.实验结果表明,该柔顺控制方法可有效实现机器人对肠道壁接触压力的感知,使接触压力始终保持在阈值之内,提高了结肠镜机器人肠道检查过程中的安全性和可靠性.

关键词： 绳牵引   并联机器人   柔顺控制   力反馈  

摘要： 绳牵引并联机器人作为一种新型并联机构,其理论研究已经日趋成熟,然而其实际运用还相对较少。为研究其关节柔顺控制,设计并搭建了三平移自由度的绳牵引并联机器人的实体模型。利用牛顿欧拉法建立其动力学模型,借助力反馈和PID控制算法对关节进行柔顺控制,通过多次力控实验,来分析PID算法对机器人关节的柔顺控制效果。