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基于代理模型的柔性机械臂区间不确定性分析

计算力学学报 2024年

作者：黄文建刘放李晨晖杨明发吴宝宁西南交通大学机械工程学院

针对柔性机械臂系统中不确定参数引起的动态响应不确定性问题，给出了一种基于局部均值分解（LMD）和Chebyshev代理模型（CM）的区间不确定性分析方法。基于LMD方法将柔性机械臂的非线性响应分解为若干分量，并解析出表征信号的瞬时幅... 详细信息

针对柔性机械臂系统中不确定参数引起的动态响应不确定性问题，给出了一种基于局部均值分解（LMD）和Chebyshev代理模型（CM）的区间不确定性分析方法。基于LMD方法将柔性机械臂的非线性响应分解为若干分量，并解析出表征信号的瞬时幅值、瞬时相位和趋势项，通过对分解后的信号构建Chebyshev代理模型进而得到柔性机械臂的完整代理模型。提出的柔性机械臂不确定性分析方法能够改善传统CM方法在长时程分析中区间边界失效的现象，以一算例说明了本文方法应用于柔性机械臂系统不确定性分析的有效性和准确性。

关键词：柔性机械臂区间分析不确定参数代理模型 Chebyshev多项式

切换网络下的柔性机械臂多智能体系统协调控制

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控制工程 2024年

作者：刘伟民高祥添王永越刘金琨北京理工大学自动化学院北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北方自动控制技术研究所

研究了在切换网络下多个柔性机械臂多智能体的系统协调控制问题。首先针对每个柔性机械臂，设计了4阶分布式观测器，实现了各跟随者智能体对领导者信息的观测；利用观测得到的信息，将求解多个机械臂的一致性跟踪问题转化为求解每个机... 详细信息

研究了在切换网络下多个柔性机械臂多智能体的系统协调控制问题。首先针对每个柔性机械臂，设计了4阶分布式观测器，实现了各跟随者智能体对领导者信息的观测；利用观测得到的信息，将求解多个机械臂的一致性跟踪问题转化为求解每个机械臂的单独跟踪问题。针对柔性机械臂的欠驱动特性，设计了滑模控制策略，采用李雅普诺夫定理和Hurwitz方法进行了稳定性和收敛性分析。仿真结果也进一步验证了控制算法的有效性。

关键词：柔性机械臂多智能体系统滑模控制切换网络观测器协调控制

控制-传感信号时滞补偿下柔性机械臂控制方法设计

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机械设计与研究 2024年第3期40卷 152-156页

作者：宋磊杨耀宁河南轻工职业学院郑州450008 云南大学建筑与规划学院昆明650500 柏林工业大学德国柏林10623

相比于刚性机械臂,柔性机械臂因其结构及材料具有抗弯曲、刚度较低的特性,会产生信号延迟。目前,描述柔性机械臂控制大多基于时域信号分析建立,而时域分析模型忽略了控制与传感信号之间产生的不同高阶模态特征,导致二者存在时间滞后差... 详细信息

相比于刚性机械臂,柔性机械臂因其结构及材料具有抗弯曲、刚度较低的特性,会产生信号延迟。目前,描述柔性机械臂控制大多基于时域信号分析建立,而时域分析模型忽略了控制与传感信号之间产生的不同高阶模态特征,导致二者存在时间滞后差。设计一种控制-传感信号时滞补偿下柔性机械臂控制方法。采用奇异谱分析对经过去噪处理的控制信号进行时频分解,以获得控制信号在时频域上的分布情况。使用Hilbert-Huang变换方法对传感信号进行频域变换,获取传感信号在频率空间上时间和幅值的变化规律。将控制-传感信号同步压缩后,生成替代数据边际谱,根据对边际谱生成信号的统计规律和非平稳数据辨别,完成控制-传感信号的延迟补偿,优化柔性机械臂的控制过程。实验结果表明:该方法的控制信号与传感信号延迟的很小,同时柔性机械臂的运动范围在正常范围之内。这些结果表明该方法具有良好的柔性机械臂控制效果。

关键词：柔性机械臂控制信号传感信号时频分解方法 Hilbert-Huang变换

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柔性机械臂的研究现状和发展趋势

机器人技术与应用 2024年第1期 7-17页

作者：柳胜凯梅涛徐文君孟非焦健苏杭深圳市人工智能与机器人研究院广东深圳518000 鹏城实验室广东深圳518038 北京理工大学北京100081

柔性臂的研究涉及仿生学、材料力学、机械结构设计与制造、智能感知与控制和人工智能等领域,是一门交叉融合性较高的研究学科。和刚性机械臂相比,柔性臂由软材料或超弹性材料制作而成,具有制造方式简单、人机交互安全、高功率密度比和... 详细信息

柔性臂的研究涉及仿生学、材料力学、机械结构设计与制造、智能感知与控制和人工智能等领域,是一门交叉融合性较高的研究学科。和刚性机械臂相比,柔性臂由软材料或超弹性材料制作而成,具有制造方式简单、人机交互安全、高功率密度比和无限自由度等特点,在复杂地形探险、医疗手术操作以及对目标的无损伤捕获等方面具有很大的应用潜力。由于柔性臂存在大变形、高度非线性以及刚度较低等问题,所以如何实现对柔性臂的精准数学建模、结构创新制造、灵巧操作以及输出力的有效提升是目前需要重点解决的问题。本文从柔性臂的仿生学机理、工艺制作方法、驱动方式、建模方法以及变刚度方式等方面对柔性臂的研究现状进行综述,最后对柔性臂的关键研究技术进行归纳、对发展趋势进行了预测。

关键词：柔性机械臂仿生机理工艺制作驱动方式柔性臂建模变刚度方式

采用干扰补偿模糊整定的双柔性机械臂抑振策略

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振动工程学报 2024年第1期37卷 1-10页

作者：尚东阳李小彭尹猛李凡杰东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 中国科学院深圳先进技术研究院广东深圳518055

双柔性机械臂由柔性关节和变长度的柔性负载组成,会同时受到柔性、摩擦和参数时变的影响,在运动过程中,它会出现振动的现象,导致末端执行器的跟踪精度降低。本文采用基于干扰观测器的模糊整定PI策略控制双柔性机械臂伺服系统的输出转速... 详细信息

双柔性机械臂由柔性关节和变长度的柔性负载组成,会同时受到柔性、摩擦和参数时变的影响,在运动过程中,它会出现振动的现象,导致末端执行器的跟踪精度降低。本文采用基于干扰观测器的模糊整定PI策略控制双柔性机械臂伺服系统的输出转速,通过控制柔性负载的转速波动间接抑制机械臂的振动。根据假设模态法和拉格朗日原理建立了考虑变形的双柔性机械臂伺服系统的动力学方程。根据鲁棒稳定性理论设计干扰观测器中的低通滤波器,使干扰观测器同时满足控制器参数时变和受控对象参数摄动的稳定性。通过数值仿真分析和双柔性机械臂伺服系统控制实验,验证了所提方法的有效性。实验结果表明,本文提出的控制策略可以更好地消除参数时变和柔性对于输出转速的影响,提高末端执行器的控制精度。

关键词：振动控制柔性机械臂干扰观测器模糊整定 PI控制

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具有执行器故障的柔性机械臂预定精度控制

广州城市职业学院学报 2024年第2期18卷 68-73页

作者：邹士专赖冠宇杨伟钧广东工业大学自动化学院广东广州510006 广州城市职业学院智能制造学院广东广州510405

探讨了具有动态不确定性的柔性机械臂故障补偿问题。由于系统的机械设备出现老化、磨损或维修过程出现操作不当,会导致执行器部分失效或卡死,但在执行器故障期间与故障相关的参数难以测量。若系统发生执行器故障,可能会对系统的稳定性... 详细信息

探讨了具有动态不确定性的柔性机械臂故障补偿问题。由于系统的机械设备出现老化、磨损或维修过程出现操作不当,会导致执行器部分失效或卡死,但在执行器故障期间与故障相关的参数难以测量。若系统发生执行器故障,可能会对系统的稳定性造成影响,甚至会使系统出现不稳定的情况。使用自适应控制方法,处理存在未知模式的执行器故障以及参数故障的情况,保证系统快速补偿达到稳态状态。并且,通过使用模糊逻辑系统处理未知的非线性函数,并结合一类光滑函数作为控制器设计,保证系统跟踪误差收敛到指定的性能区间。仿真实验中,以单连杆柔性机械臂控制的故障补偿为例,证明了本文所提控制方案的有效性。

关键词：执行器故障柔性机械臂自适应模糊控制预定性能

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气动肌肉多关节柔性机械臂位姿控制

福建电脑 2024年第8期40卷 22-26页

作者：王丽娜王雪松中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221000 中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018

本文构建一个气动肌肉柔性机械臂的模型。首先建立刚性机械臂模型,并进行柔性化处理,然后设计机械臂关节角度传统PID控制器、机械臂关节角度比例微分控制器、基于模糊理论的机械臂关节角度PID控制器,以控制五个关节的角度最终实现机械... 详细信息

本文构建一个气动肌肉柔性机械臂的模型。首先建立刚性机械臂模型,并进行柔性化处理,然后设计机械臂关节角度传统PID控制器、机械臂关节角度比例微分控制器、基于模糊理论的机械臂关节角度PID控制器,以控制五个关节的角度最终实现机械臂末端位姿控制。仿真实验的结果表明,该模型的控制误差在0.3度以内,基本达到了设计要求。

关键词：气动肌肉柔性机械臂模糊理论位姿控制

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状态约束的柔性机械臂的自适应边界控制

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2024年第2期 76-79页

作者：张盛杰江苏自动化研究所江苏连云港222061

在实际工程应用中,柔性机械臂末端的负载质量通常是变化的,基于确定模型设计的控制器在末端负载发生变化或系统参数不确定时就有可能会使系统运动的性能受到影响。本文以末端带有可变负载、关节转动惯量未知的柔性机械臂作为研究对象,... 详细信息

在实际工程应用中,柔性机械臂末端的负载质量通常是变化的,基于确定模型设计的控制器在末端负载发生变化或系统参数不确定时就有可能会使系统运动的性能受到影响。本文以末端带有可变负载、关节转动惯量未知的柔性机械臂作为研究对象,提出了一种自适应边界控制律,解决系统部分参数未知情况下的角度规划及振动抑制等问题。为实现机械臂的精准操作,利用一种特殊的Barrier Lyapunov函数,实现系统的输出状态约束。最后,通过理论分析验证了所提出的自适应控制律的有效性。在实际工程应用中,柔性机械臂末端的负载质量通常是变化的,基于确定模型设计的控制器在末端负载发生变化或系统参数不确定时就有可能会使系统运动的性能受到影响。本文以末端带有可变负载、关节转动惯量未知的柔性机械臂作为研究对象,提出了一种自适应边界控制律,解决系统部分参数未知情况下的角度规划及振动抑制等问题。为实现机械臂的精准操作,利用一种特殊的Barrier Lyapunov函数,实现系统的输出状态约束。最后,通过理论分析验证了所提出的自适应控制律的有效性。

关键词：柔性机械臂状态约束自适应边界控制

农业纸带栽种机械的柔性机械臂姿态自动检测方法研究

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南方农机 2024年第5期55卷 175-178页

作者：潘林刘克福西华大学机械工程学院四川成都610039

【目的】常规的柔性机械臂姿态自动检测方法,检测错误次数多,精度较低,需要设计一种全新的农业纸带栽种机械的柔性机械臂姿态自动检测方法。【方法】该方法使用姿态传感器作为数据采集装置,采集农业纸带栽种机械的柔性机械臂姿态数据。... 详细信息

【目的】常规的柔性机械臂姿态自动检测方法,检测错误次数多,精度较低,需要设计一种全新的农业纸带栽种机械的柔性机械臂姿态自动检测方法。【方法】该方法使用姿态传感器作为数据采集装置,采集农业纸带栽种机械的柔性机械臂姿态数据。结合数据建立相应的姿态图像坐标系,根据柔性机械臂姿态在图像中的随动效应,计算出农业纸带栽种机械的柔性机械臂姿态自转角。根据编码器实测的角度,姿态角度传感器实测角度,求出柔性机械臂末端在竖直方向的高度,进而计算出姿态变化过程中柔性机械臂末端变形量。利用柔性机械臂姿态自转角和柔性机械臂末端变形量之间的相关性,求出待检柔性机械臂姿态的位置信息,进而实现了农业纸带栽种机械的柔性机械臂姿态自动检测。【结果】该方法的错误次数均值仅为5.25次,平均错误次数小于6,而对比方法达到了10次以上,相较于对比方法,该方法的柔性机械臂姿态检测错误次数降低了4次以上。【结论】设计的农业纸带栽种机械的柔性机械臂姿态自动检测方法有效降低了错误次数,检测方法精度高,检测效果较好,具备一定的应用价值。

关键词：农业纸带栽种柔性机械臂姿态调度方法