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绳索牵引自动水平调节机器人综合控制策略

电机与控制学报 2009年第6期13卷 891-896页

作者：余意易建强李成栋赵冬斌张建宏中国科学院自动化研究所北京100190

针对贵重精密载荷在装卸过程中需要维持其对接面水平及受力均衡的需求,研发基于绳索牵引的自动水平调节机器人系统,提出一种由绳索牵引力均衡分配策略和载荷对接面水平倾角调节策略构成的综合控制方案,以确保在绳索牵引力均衡分配的前... 详细信息

针对贵重精密载荷在装卸过程中需要维持其对接面水平及受力均衡的需求,研发基于绳索牵引的自动水平调节机器人系统,提出一种由绳索牵引力均衡分配策略和载荷对接面水平倾角调节策略构成的综合控制方案,以确保在绳索牵引力均衡分配的前提下实现载荷对接面水平调节。受力均衡分配策略通过调整绳索长度来改变绳索牵引力的分布,载荷对接面水平倾角调节由模糊神经控制器实现,该控制器的参数由基于LSE方法和BP算法的混合算法训练得到。实验结果表明,综合控制方案能够实现载荷的水平调节及绳索牵引力均衡分配,且能满足实际应用的精度需求。

关键词：机器人绳索牵引水平调节牵引力调节

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绳索牵引康复机器人样机的研制及实验研究

高技术通讯 2010年第9期20卷 939-943页

作者：刘攀张立勋王克义万晓正哈尔滨工程大学机电工程学院哈尔滨150001

针对在康复训练过程中如何协调控制患者的骨盆运动轨迹的问题,研制了由4根绳索牵引的三自由度绳索牵引并联机器人样机,用来实现对患者骨盆平面运动轨迹的控制。建立了机器人的动平台力学平衡方程,在此基础上分析了机器人系统的刚度问题... 详细信息

针对在康复训练过程中如何协调控制患者的骨盆运动轨迹的问题,研制了由4根绳索牵引的三自由度绳索牵引并联机器人样机,用来实现对患者骨盆平面运动轨迹的控制。建立了机器人的动平台力学平衡方程,在此基础上分析了机器人系统的刚度问题,提出了一种力/位并行控制策略——位置环和力环分别用于实现机器人动平台运动轨迹和绳索张力大小的控制,并对此策略进行了实验验证。实验结果表明,机器人的力/位控制策略是可行的,可以通过调整绳索的内张力来改变系统刚度,实现对机器人系统的柔顺性控制。

关键词：绳索牵引康复机器人力/位控制柔顺性控制

绳索牵引骨盆康复机器人的骨盆刚度分析及骨盆运动轨迹规划研究

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高技术通讯 2008年第9期18卷 928-932页

作者：张立勋王克义刘攀张今瑜哈尔滨工程大学机电工程学院哈尔滨150001

针对绳索牵引骨盆康复机器人的骨盆刚度控制以及骨盆运动轨迹规划进行了研究。通过建立欠约束1R3T 绳索牵引骨盆康复机器人的力学模型,解出了绳索拉力的表达式,并分析拉力解中零空间拉力部分对骨盆刚度的影响,得出控制绳索拉力能够实现... 详细信息

针对绳索牵引骨盆康复机器人的骨盆刚度控制以及骨盆运动轨迹规划进行了研究。通过建立欠约束1R3T 绳索牵引骨盆康复机器人的力学模型,解出了绳索拉力的表达式,并分析拉力解中零空间拉力部分对骨盆刚度的影响,得出控制绳索拉力能够实现对骨盆的刚度控制,为以后实现柔顺性控制提供了理论依据;基于凸集理论分析了骨盆不同位姿所属空间性质的不同,依此对牵引绳索进行合理布置,以保证骨盆在规划运动空间内的刚度完全可控,并基于矢量封闭原理和绳索拉力平衡对工作空间进行分析;通过 MATLAB 仿真证明了骨盆规划轨迹中绳索牵引的可控性,得出了骨盆位姿及绳索长度的变化规律,分析了骨盆位姿对绳索长度影响的原因。其规划结果可为该机器人运动控制的研究提供依据。

关键词：绳索牵引康复机器人刚度工作空间骨盆运动轨迹规划

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绳索牵引并联康复机器人的建模与控制

哈尔滨工程大学学报 2009年第1期30卷 81-85页

作者：张立勋刘攀王克义张今瑜哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对在康复训练过程中如何协调控制患者的骨盆运动轨迹问题,设计了一种绳索牵引并联康复机器人.在对机器人进行运动学和静力学分析的基础上,利用牛顿—欧拉法建立了机器人的动力学方程.在给出力分解模型的基础上,提出了一种力/位并行控... 详细信息

针对在康复训练过程中如何协调控制患者的骨盆运动轨迹问题,设计了一种绳索牵引并联康复机器人.在对机器人进行运动学和静力学分析的基础上,利用牛顿—欧拉法建立了机器人的动力学方程.在给出力分解模型的基础上,提出了一种力/位并行控制策略:位置环和力环分别用于实现患者骨盆运动轨迹和绳索张力大小的控制.最后对机器人控制系统进行了仿真分析,仿真结果表明,该控制策略不仅能满足对轨迹跟踪要求,而且具有很好的鲁棒性.

关键词：绳索牵引力控制骨盆运动轨迹康复机器人

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绳索牵引康复机器人运动误差及仿真分析

哈尔滨工程大学学报 2008年第11期29卷 1210-1215页

作者：王克义郭钽张立勋刘攀徐生林哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

绳索牵引康复训练机器人具有柔顺性好的特性,满足人与机器人在同一物理空间时安全性的要求.通过绳索牵引控制骨盆的运动规律,使其与下肢步态运动相协调,同时提高受训者稳定能力.为满足训练效果,需保证骨盆运动精度,由此分析了绳索牵引... 详细信息

绳索牵引康复训练机器人具有柔顺性好的特性,满足人与机器人在同一物理空间时安全性的要求.通过绳索牵引控制骨盆的运动规律,使其与下肢步态运动相协调,同时提高受训者稳定能力.为满足训练效果,需保证骨盆运动精度,由此分析了绳索牵引康复机器人影响骨盆运动精度的因素,即绳索本身的弹性和绳索过轮的半径.依建立的绳索牵引康复机器人模型,得到绳索拉力的表达式,导出系统正逆运动学和动力学方程.分析了在弹性范围内绳索具有的拉伸刚度,明确其对骨盆运动精度的影响;通过不同位置时绳索变化量的方法证明了绳索过轮半径对骨盆运动精度的影响.利用MATLAB的建模仿真,分析了2个因素对骨盆运动精度的不同影响规律,提出了改进方法,得出减重外力对垂直轴加速度误差的影响.该分析为骨盆的控制做准备,同时具有普遍性,可为其他绳索牵引系统提供参考作用.

关键词：绳索牵引位置误差康复机器人骨盆运动

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绳索牵引康复机器人的动力学建模与控制

哈尔滨工程大学学报 2009年第7期30卷 811-815页

作者：刘攀张立勋王克义张今瑜哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对在康复训练过程中如何协调控制患者的骨盆运动轨迹问题,设计了由4根绳索牵引的三自由度绳索牵引并联康复机器人.基于力/位混合控制的思想,利用牛顿-欧拉法建立了绳索牵引康复机器人的动力学模型.以轨迹控制为目标,用计算力矩法设计... 详细信息

针对在康复训练过程中如何协调控制患者的骨盆运动轨迹问题,设计了由4根绳索牵引的三自由度绳索牵引并联康复机器人.基于力/位混合控制的思想,利用牛顿-欧拉法建立了绳索牵引康复机器人的动力学模型.以轨迹控制为目标,用计算力矩法设计了基于刚性模型的位置控制器,就绳索的刚度对机器人系统性能的影响进行了仿真分析;以刚度控制为目标,推导了机器人系统的刚度矩阵,并对康复机器人进行了仿真验证.理论分析和仿真结果表明,系统的刚度与绳索的张力有关,调整绳索的内张力可以改变系统刚度,实现对机器人系统的柔顺性控制.

关键词：绳索牵引康复机器人轨迹控制柔顺性控制动力学建模

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绳索牵引骨盆康复机器人的轨迹规划

中国机械工程 2009年第3期10卷 253-257页

作者：王克义张立勋刘攀张今瑜哈尔滨工程大学哈尔滨150001

根据正常人步态运动中骨盆在水平面内的运动情况,对绳索牵引康复机器人进行了轨迹规划研究。依绳索牵引骨盆机构方案,用影响系数方法建立绳索牵引骨盆康复机器人运动学方程,得出骨盆运动与绳索运动的映射关系;基于达朗伯原理建立骨盆的... 详细信息

根据正常人步态运动中骨盆在水平面内的运动情况,对绳索牵引康复机器人进行了轨迹规划研究。依绳索牵引骨盆机构方案,用影响系数方法建立绳索牵引骨盆康复机器人运动学方程,得出骨盆运动与绳索运动的映射关系;基于达朗伯原理建立骨盆的动力学方程,求解出绳索拉力解,并对绳索驱动单元建立动力学方程。通过MATLAB软件对骨盆在步态运动过程中的轨迹进行仿真,得到了各根绳索位置、速度、加速度变化曲线;在考虑绳索工作承受最小拉力和最大拉力阈值的限制时,仿真各根绳索所受拉力变化曲线,可得各根绳索拉力处于对外力平衡和内力平衡的情况,并得到施加在伺服电动机上的电压变化曲线。

关键词：绳索牵引康复机器人轨迹规划骨盆运动影响系数

基于高速视觉的绳索牵引并联机器人轨迹跟踪控制

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机械工程学报 2019年第5期55卷 19-26页

作者：游虹尚伟伟张彬张飞丛爽中国科学技术大学自动化系合肥230027

在绳索牵引并联机器人中,实时测量动平台位姿是实现高精度轨迹跟踪控制的关键环节。为此,设计一种基于高性能工业相机的高速视觉测量系统,实现绳索牵引并联机器人的运动学视觉伺服控制。设计一种基于感兴趣区域的位姿跟踪算法,并且加入A... 详细信息

在绳索牵引并联机器人中,实时测量动平台位姿是实现高精度轨迹跟踪控制的关键环节。为此,设计一种基于高性能工业相机的高速视觉测量系统,实现绳索牵引并联机器人的运动学视觉伺服控制。设计一种基于感兴趣区域的位姿跟踪算法,并且加入Auto-Regressive(AR)模型对位姿进行实时预测,避免了绳索牵引并联机器人复杂的正运动学求解。以此为基础,构建了工作空间的运动学视觉伺服控制方案,在实际6自由度绳索牵引并联机器人上进行了轨迹跟踪控制试验,试验结果表明基于高速视觉测量的工作空间控制方案明显优于基于编码器反馈的关节空间控制。

关键词：视觉伺服轨迹跟踪绳索牵引并联机器人

2自由度绳索牵引并联机器人的高速点到点轨迹规划方法

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机械工程学报 2016年第3期52卷 1-8页

作者：张文佳尚伟伟中国科学技术大学自动化系合肥230027

合理的轨迹规划方法可以提高机器人运动控制的平稳性、快速性和工作效率。当前绳索牵引并联机器人的轨迹规划方法主要采用多项式函数和三角函数满足平稳性要求,但规划算法复杂、快速性较差。针对一种2自由度绳索牵引并联机器人,根据动... 详细信息

合理的轨迹规划方法可以提高机器人运动控制的平稳性、快速性和工作效率。当前绳索牵引并联机器人的轨迹规划方法主要采用多项式函数和三角函数满足平稳性要求,但规划算法复杂、快速性较差。针对一种2自由度绳索牵引并联机器人,根据动力学模型推导绳索拉力的单向性约束条件,提出一种新的点到点轨迹规划方法——S型-梯形组合规划方法。考虑到具体的点到点轨迹包含若干个需要依次到达的目标点,构成起始段、中间段和终止段三种不同的运动段,故采用S型-梯形组合规划方法分别设计这三种运动段的速度曲线,使得机器人在起始点和终止点的加速度为零,而中间若干点的加速度不为零,实现动态轨迹规划。仿真试验表明所提出的规划方法不仅可以满足绳索拉力的单向性约束条件,且加速度为简单的一次曲线,可以实现高速的点到点运动。

关键词：绳索牵引并联机器人 S型-梯形速度规划动态工作空间拉力约束