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六自由度装配机器人的动态柔顺性控制

浙江大学学报（工学版） 2018年第1期52卷 125-132页

作者：潘立鲍官军胥芳张立彬浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室浙江杭州310014

为了提升工业机器人装配的精确性与柔顺性,提出适合工业六自由度装配机器人的动态柔顺性控制策略,使之不仅能够实现快速高精度的参考轨迹跟踪,而且能够动态地切换到工件装配时的接触力控制,并能够保持良好的柔顺性接触力.构建机器人关... 详细信息

为了提升工业机器人装配的精确性与柔顺性,提出适合工业六自由度装配机器人的动态柔顺性控制策略,使之不仅能够实现快速高精度的参考轨迹跟踪,而且能够动态地切换到工件装配时的接触力控制,并能够保持良好的柔顺性接触力.构建机器人关节空间的标准动力学模型,并变换到末端执行器操作空间,获得操作空间的动态特性.给出该控制策略,主要包含参考轨迹给定模块、内环的轨迹跟踪控制器以及动力学参数辨识模块等.采用滑模算法设计轨迹跟踪控制器;采用阻抗滤波器,生成装配作业时末端执行器的期望运动轨迹;采用sigmoid函数设计轨迹跟踪与接触力控制的判别模块;采用最小二乘算法,设计动力学参数辨识模块.采用Lyapunov函数证明了该控制策略的大范围渐进稳定性和收敛性.基于装配实验台上进行现场装配和动态轨迹跟踪的对比性仿真实验研究.仿真实验结果表明:与典型的比例微分(PD)控制相比,动态柔顺性控制能够在较宽广的范围内实现更精确的空间轨迹跟踪和接触力柔性控制,平均相对误差可以有效地控制在-4%到+4%之内.

关键词：装配机器人柔顺性控制动态参数辨识运动轨迹跟踪阻抗滤波

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基于神经网络逆系统方法的机器人柔顺性控制

东南大学学报（自然科学版） 2004年第B11期34卷 108-112页

作者：孟正大戴先中东南大学自动控制系南京210096

提出了一种机器人柔顺性控制算法 ,在未知机器人精确数学模型的情况下 ,通过构建一个ANN二阶逆系统 ,并级联ANN与机械手 ,实现机器人位置系统的线性解耦 .在此基础上 ,针对已解耦位置系统 ,通过本文提出的基于目标阻抗的控制算法调节机... 详细信息

提出了一种机器人柔顺性控制算法 ,在未知机器人精确数学模型的情况下 ,通过构建一个ANN二阶逆系统 ,并级联ANN与机械手 ,实现机器人位置系统的线性解耦 .在此基础上 ,针对已解耦位置系统 ,通过本文提出的基于目标阻抗的控制算法调节机器人手臂的阻抗 ,从而实现机器人的柔顺性控制 .还介绍了机器人柔顺性控制实验平台的建立与组成 .基于两杆操作手的实验结果证明该方法具有良好的解耦和位置跟踪性能 ,仿真结果表明本方法可实现有效的柔顺性控制 .

关键词：机器人柔顺性控制阻抗控制神经网络逆系统

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应用规划生成系统的柔顺性控制

机器人 1989年第1期3卷 1-5页

作者：严学高徐运涛东南理工大学自动控制系南京

通常的柔顺性控制采取连续的力伺服控制。我们提出用开关力监控来进行柔顺性控制、它只反映机械手各关节受力是否达到允许阈值,因而检测手段大大简化;这样的柔顺性控制过程成了离散的动作序列,只要通过分析与示教,提出状态分析与运动规... 详细信息

通常的柔顺性控制采取连续的力伺服控制。我们提出用开关力监控来进行柔顺性控制、它只反映机械手各关节受力是否达到允许阈值,因而检测手段大大简化;这样的柔顺性控制过程成了离散的动作序列,只要通过分析与示教,提出状态分析与运动规划规则,并运用规划生成系统和归纳学习方法来自动编制动作序列并转为程序,就能在同一类型操作中适应各种变化。这种机械手不是简单地再现人的示救动作,它能总结示教中的规律,以适应多变的操作过程因而其示教具有智能。

关键词：规化生成系统柔顺性控制机械手

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臂腕混合式上肢康复机器人被动柔顺性控制

中国工程机械学报 2024年第4期22卷 468-473页

作者：张顺单泉黄建聪陈砚周云光东北大学秦皇岛分校控制工程学院河北秦皇岛066004

为解决脑卒中患者在被动康复训练过程中的柔顺性控制问题,提高患者在康复训练过程中的安全性和舒适性,提出了一种基于阻抗控制的上肢康复机器人被动柔顺性控制系统。系统由轨迹规划和轨迹跟踪2部分组成。首先,为解决柔顺性控制问题,以... 详细信息

为解决脑卒中患者在被动康复训练过程中的柔顺性控制问题,提高患者在康复训练过程中的安全性和舒适性,提出了一种基于阻抗控制的上肢康复机器人被动柔顺性控制系统。系统由轨迹规划和轨迹跟踪2部分组成。首先,为解决柔顺性控制问题,以患者人机交互力为基础,通过使用阻抗轨迹调节器,对初始期望轨迹进行修正,实现康复机器人柔顺性控制。其次,为提高患者在康复训练过程中的安全性,通过增添阻抗控制器对出现外界扰动的运动轨迹进行补偿,防止患者出现二次损伤。最后,基于Matlab/Simulink对系统进行柔顺性控制和阻抗控制仿真实验,验证了所提被动柔顺性控制系统的有效性和可行性。

关键词：上肢康复机器人柔顺性控制阻抗控制轨迹规划

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Stewart平台柔顺性控制研究

Stewart平台柔顺性控制研究

作者：王道永大连交通大学

学位级别：硕士

随着机器人的应用领域不断加深、机器人智能化需求的不断提高、机器人作业的未知环境不断复杂,机器人的柔顺性显得越来越重要。为了满足工业生产智能化的需求,完成如装配操作、表面跟踪、修理工件表面、曲面测量等柔性工作,未来机器人... 详细信息

随着机器人的应用领域不断加深、机器人智能化需求的不断提高、机器人作业的未知环境不断复杂,机器人的柔顺性显得越来越重要。为了满足工业生产智能化的需求,完成如装配操作、表面跟踪、修理工件表面、曲面测量等柔性工作,未来机器人发展必须智能化、柔性化。随着计算机、控制策略、测控等领域的不断发展,以及工业工程的需求,机器人的主动柔顺性控制已经成为目前智能机器人的研究热点。本文主要对Stewart平台柔顺性控制进行研究。首先对Stewart平台柔顺性控制的运动学、动力学进行理论分析,研究运动学分析时采用矢量法,推导出Stewart平台上平台质点的运动位移、速度、加速度与各杆的运动位移、速度、之间的数学关系表达式;研究动力学分析时,运用拉格朗日法,建立Stewart上平台受力、位移、速度、加速度与各杆间的受力、位移、速度、加速度之间的关系。Stewart平台柔顺性控制的运动学、动力学分析为研究柔顺性控制系统以及实验研究提供理论基础。其次,对Stewart平台柔顺性控制的控制策略进行研究与仿真。建立Stewart平台与未知环境的柔顺性控制等效模型,将其在各自由度上等效成一个“弹簧—质量—阻尼”系统,每个自由度上具有各自的惯性、阻尼、刚度,最后建立一个六自由度的等效阻抗控制模型。建立基于位置内环控制的 Stewart平台柔顺性控制的控制系统,运用仿真软件ADAMS和MATLAB,对建立的控制系统进行仿真研究为实验研究提供数据支持。最后,完成Stewart柔顺性控制平台的搭建并实验研究平台的柔顺性。

关键词：柔顺性控制 “弹簧—质量—阻尼”系统位置内环控制

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面向不确定性的机器人柔顺性控制方法研究

面向不确定性的机器人柔顺性控制方法研究

作者：郭德慧东北大学

学位级别：硕士

机器人学科是一门迅速发展的前沿性学科,其核心是控制系统。近几十年来,对机器人控制问题进行了大量的研究,特别是柔顺性控制问题。许多学者应用新的方法和理论,对柔顺性控制从理论和实际应用中都做了各种尝试。然而,机器人是一种非线... 详细信息

机器人学科是一门迅速发展的前沿性学科,其核心是控制系统。近几十年来,对机器人控制问题进行了大量的研究,特别是柔顺性控制问题。许多学者应用新的方法和理论,对柔顺性控制从理论和实际应用中都做了各种尝试。然而,机器人是一种非线性、强耦合的系统,有很多不确定性的因素。机器人与环境接触时,环境的不确定性也对控制性能产生了较大的影响。因此,极大地制约了机器人的应用范围。基于上述问题,本文在机器人柔顺性控制的基础上,主要针对机器人模型不确定性及环境不确定性进行研究。本文首先介绍了目前柔顺性控制的基本策略及特点,通过分析选择采用阻抗控制策略。其次介绍了机器人运动学和动力学模型并建立了机器人与环境接触的仿真模型。再次,在阻抗控制思想下推导了一种基于力矩的阻抗算法并通过仿真分析得出了阻抗参数选取的基本原则。然后,针对环境位置不确定性,采用了轨迹修正模块,它根据力误差修正参考位置,不需要知道环境位置和刚度的先验知识;针对模型不确定性,采用了惯性矩阵估计和延迟模块,大大减小了跟踪误差,但该算法要求采样时间足够小。最后,在此基础上,针对机器人动力学模型所存在的建模不确定性,设计RBF神经网络补偿不确定项,在采样时间较大的情况下,跟踪速度快,误差小,能够达到较好的控制效果。

关键词：机器人柔顺性控制阻抗控制自适应控制 RBF神经网络

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下肢康复机器人轨迹规划及其柔顺性控制研究

下肢康复机器人轨迹规划及其柔顺性控制研究

作者：周家旺武汉理工大学

学位级别：硕士

下肢康复机器人能够为脑卒中或某些意外事故导致的下肢偏瘫、灵活性较差的患者提供康复训练理疗。利用康复机器人可以实现精确控制、运动训练及在线评估,很大程度上提高了康复训练的效果。六自由度并联机器人具有刚度大、累积误差小、... 详细信息

下肢康复机器人能够为脑卒中或某些意外事故导致的下肢偏瘫、灵活性较差的患者提供康复训练理疗。利用康复机器人可以实现精确控制、运动训练及在线评估,很大程度上提高了康复训练的效果。六自由度并联机器人具有刚度大、累积误差小、定位精度高、负载能力强等优点,在空间对接运动、隔振、模拟驾驶、康复医疗设备中得到了广泛应用。将并联机器人应用在下肢康复医疗领域,一方面可以将康复医师从繁重的手动训练中解放出来,另一方面帮助患者进行科学的训练、辅助其恢复运动机能。本文研究了下肢康复过程中的轨迹规划、高精度位姿控制及柔顺力控制问题,可实现有效的康复训练和多种康复模式。主要研究工作如下:(1)建立人体步态信息数学模型并进行步态规划。基于视频捕捉系统建立人体步态数学模型,获得人体膝关节、踝关节和脚心数据。采用三次样条函数进行轨迹规划,保证速度、加速度过渡平滑,防止对患者造成二次损伤,并根据机器人的运动学逆解得到了工作空间和关节空间内的轨迹、速度和加速度信息。(2)并联康复机器人的位姿控制研究。为了保证在康复运动中步态轨迹跟踪的精度且提高系统的稳定性,采用非奇异终端滑模控制,结合具体动平台参数和指数趋近律的思想提出合适的控制律,在该控制律下,通过Lyapunov稳定性定理证明康复并联机器人系统的稳定性并且从理论上可以保证轨迹跟踪误差在一定时间内收敛为零。(3)并联康复机器人的柔顺性控制研究。采用导纳控制来进行柔顺性康复训练,对导纳控制的三个关键参数进行分析,并探讨其对力控制性能的影响,在此基础上提出变阻尼的导纳控制。利用s型函数来达到变阻尼的效果,提高暂态性能,防止力超调,保证了康复过程中不会因为力的突变和超调对患肢有损伤。通过以上的研究,可以有效地获取人体正常步态信息,得到理想的康复训练轨迹。仿真和实验结果表明非奇异终端滑模控制能够有效地保证轨迹跟踪的精度与系统稳定性,而变阻尼导纳控制在力控制中具有响应快速性和小的超调量,动平台能够有效地根据人机接触力来调整实际轨迹。

关键词：并联机器人下肢康复轨迹规划位姿控制柔顺性控制

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液压四足机器人柔顺性控制

液压四足机器人柔顺性控制

作者：柯贤锋北京理工大学

学位级别：硕士

近几年,四足仿生机器人以其运动速度快、灵活性高、环境适应性好、负载能力强等优点受到广泛关注,以期望在物资运输、资源勘探、地理探险、和灾难救援等众多领域发挥巨大作用。而在这些场景下,路面环境崎岖不平非常复杂,机器人在运动过... 详细信息

近几年,四足仿生机器人以其运动速度快、灵活性高、环境适应性好、负载能力强等优点受到广泛关注,以期望在物资运输、资源勘探、地理探险、和灾难救援等众多领域发挥巨大作用。而在这些场景下,路面环境崎岖不平非常复杂,机器人在运动过程中不可避免的会与地面产生冲击力。过大的冲击力会损害机械结构,破坏控制系统的稳定,甚至出现机器人失控的情况。本课题以液压四足机器人为实验平台,针对机器人在运动过程中触地冲击力过大的问题展开了深入研究,研究成果对于提高四足机器人的运动稳定性以及环境适应性具有重要意义。本文首先通过几何法对四足机器人的运动学进行了建模分析,提出了一种约束方法解决四足机器人逆运动学关节冗余问题,为四足机器人的运动控制奠定了基础。其次,设计了以TMS320F28335 DSP为核心的底层嵌入式控制器,同时编写控制软件完成机器人单腿四个自由度的伺服控制以及与中层机之间的通讯。在此基础上针对液压执行器的非线性及非对称性,采用自抗扰控制(ADRC)技术以实现机器人关节高精度位置控制。再次,提出了基于力反馈的主动柔顺与被动柔顺相结合的控制策略,被动柔顺用于缓冲触地冲击力,延长冲击过程时间,主动柔顺利用液压执行器的阻尼特性来有效吸收冲击过程中的剩余能量,最终实现机器人稳定触地。通过单自由度垂直下落实验验证了这种方法的有效性,同时分析了柔顺性控制器参数设计原则。最后,将单腿系统等效成为单自由执行器的虚拟腿,在足端笛卡尔空间实施柔顺性控制,实验证明该方法在四足机器人运动中能够有效减小触地冲击力,提升运动平稳性。

关键词：四足机器人冲击力柔顺性控制液压伺服控制

基于位置阻抗的液压四足机器人柔顺性控制研究

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基于位置阻抗的液压四足机器人柔顺性控制研究

作者：郭云雨哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

足式机器人由于只需要几个支撑点即可行进,因此灵活性更强,在火灾救援、战地物资运输等方面均有广泛应用。四足机器人与双足、六足机器人相比,可同时满足稳定性好、结构简单、易于控制等优点,因此四足机器人的研究成为足式机器人研究的... 详细信息

足式机器人由于只需要几个支撑点即可行进,因此灵活性更强,在火灾救援、战地物资运输等方面均有广泛应用。四足机器人与双足、六足机器人相比,可同时满足稳定性好、结构简单、易于控制等优点,因此四足机器人的研究成为足式机器人研究的重点。足式机器人在行走时,与地面的接触为单点接触,在运动时会产生巨大的冲击力。过大的冲击力会影响机器运行的平稳性,甚至对机体造成损伤,因此要在机器人满足位置精度要求的基础上,使机器人腿部“软着陆”。本文以液压四足机器人实验平台作为研究对象,对其单腿进行柔顺性控制研究。本文主要进行了以下研究工作:（1）机器人液压系统模型的建立及正逆运动学分析。以液压四足机器人平台作为研究对象,分析作动器与连接杆间的受力关系,推导出缸阀驱动单元的等效负载模型,得到等效液压系统框图与作动器的开环传递函数,又分析机器人运动学的正逆问题,为后续柔顺性控制研究及仿真提供理论指导。（2）柔顺性控制方法的研究。介绍了当前柔顺性控制最主要的控制方法为阻抗控制,本文阐述了阻抗控制原理,分析阻抗控制参数对系统的影响,对阻抗控制进行误差分析。提出基于位置阻抗的自适应控制算法及基于位置阻抗的自适应-模糊控制算法来弥补原有阻抗控制的不足。（3）联合仿真及结果分析。搭建ADAMS与MATLAB联合仿真平台,搭建机器人单腿仿真模型。首先进行基于位置阻抗的自适应控制与位置阻抗控制在同参数下对比仿真,最后进行基于位置阻抗自适应控制和基于位置阻抗的自适应-模糊控制的仿真实验对比,得到不同环境刚度下的足端力输出曲线,验证控制算法的合理性,为后续进行样机实验提供参考。（4）物理实验验证。利用实验室的物理实验台,对两种控制方法进行实体样机实验。采用两种控制方法对物理样机单腿进行控制,并在不同环境下进行单腿触地实验,得到足端力的跟踪曲线。分析实验数据以验证联合仿真的结果,进一步证明所提出控制方案的有效性与可行性。

关键词：液压四足机器人柔顺性控制位置阻抗自适应控制