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基于simscape multibody的SCARA机器人建模与运动控制仿真

科技创新与应用 2022年第13期12卷 64-67页

作者：张卓冯海杰邓振杰广东科学技术职业学院机器人学院广东珠海519090

针对SCARA机器人的运动控制仿真问题,利用simscape multibody建立SCARA机器人动力学仿真模型。此模型具备一定的通用性,集成机器人轨迹规划模块、控制器模块以及仿真数据采集接口,可以为SCARA机器人轨迹规划和运动控制算法提供开源研发... 详细信息

针对SCARA机器人的运动控制仿真问题,利用simscape multibody建立SCARA机器人动力学仿真模型。此模型具备一定的通用性,集成机器人轨迹规划模块、控制器模块以及仿真数据采集接口,可以为SCARA机器人轨迹规划和运动控制算法提供开源研发平台。通过动态仿真验证该模型有效性。

关键词： SCARA Matlab simscape multibody 动力学建模

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Simulation of Offshore Wind Turbine Blade Docking Based on the Stewart Platform

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Energy Engineering 2023年第11期120卷 2489-2502页

作者： Yi Zhang Jiamin Guo Huanghua Peng College of Ocean Science and Engineering Shanghai Maritime UniversityShanghai201306China

The windy environment is the main cause affecting the efficiency of offshore wind turbine installation.In order to improve the stability and efficiency of single-blade installation of offshore wind turbines under high wind speed conditions,the Stewart platform is used as an auxiliary tool to help dock the wind turbine blade in this paper.In order to verify the effectiveness of the Stewart platform for blade docking,a blade docking simulation system consisting of the Stewart platform,wind turbine blade,and wind load calculation module was built based on Simulink/simscapemultibody.At the same time,the PID algorithm is used to control the Stewart platform so that the blade can effectively track the desired trajectory during the docking process to ensure the successful docking of the blade.Through the simulation of the docking process for blades with a length of 61.5 meters,this paper successfully demonstrates a docking system that might facilitate future docking processes.It also shows that the Stewart platform can effectively reduce the vibration and the movement range of the blade root and improve the stability and efficiency of blade docking.

关键词： Offshore wind turbine Stewart platform blade docking PID simscape multibody

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基于服务机器人的肌力弱小老人起立辅助方法研究

基于服务机器人的肌力弱小老人起立辅助方法研究

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作者：王天杰沈阳工业大学

学位级别：硕士

随着我国老龄化程度的持续加深,老年人口数量占比也越来越大,如何提高老人的生活质量保证老人身心健康,成为了当今社会各行各业关注的重点。老人日常生活中面临的最大问题是难以独自完成起立运动,起立是完成行走、进食、取物等任务的前... 详细信息

随着我国老龄化程度的持续加深,老年人口数量占比也越来越大,如何提高老人的生活质量保证老人身心健康,成为了当今社会各行各业关注的重点。老人日常生活中面临的最大问题是难以独自完成起立运动,起立是完成行走、进食、取物等任务的前提,而老人因为肌肉力量的衰减难以提供起立运动所需的力矩,往往需要通过护理人员的帮助才能完成起立运动。然而单纯依靠人力帮助老人起立不仅会给家庭带来沉重的经济负担还造成了社会人力、物力的浪费。本文基于家政服务机器人对机器人辅助起立轨迹和辅助起立控制策略进行了研究,提出了一种能够保证老人起立过程中平稳性的机器人辅助起立方法。本文首先对人体起立过程不同阶段人体姿态及受力情况进行了分析,针对老年人起立时肌肉力量不足以及重心前移可能导致摔倒的问题,提出了基于辅助机器人帮助老人完成起立运动。简要的介绍了家政服务机器人的结构和功能以及姿态传感器的工作流程,并基于姿态传感器完成了大量的辅助起立实验。通过分析实验结果,估算出人体重心的移动轨迹对受试者起立过程的稳定性进行分析,并确定了能够保证用户身体稳定的重心轨迹,最终根据以上的结果确定了机器人辅助起立轨迹。为了便于下文的分析利用MATLAB中的simscape multibody模块建立了辅助机器人的仿真模型。针对辅助机器人机械结构复杂、存在建模干扰和参数不确定问题,提出了基于循环神经网络对辅助机器人建模,减少了建模误差和寻找模型参数困难。通过辅助机器人添加接触力模块,建立了机器人辅助起立的仿真模型,该仿真可以获得机器人辅助起立时人机接触力和输出的肩关节力矩信息,根据该仿真完成了1000组仿真,并基于仿真数据训练神经网络。最后根据神经网络估算值与实际值的对比结果验证了神经网络的有效性。为了使辅助机器人能够根据设计的机器人辅助起立轨迹为用户提供适当的辅助力,提出了基于线性二次调节器的机器人助立控制策略。首先推导了辅助机器人辅助起立过程的状态空间方程,并基于神经网络模型设计了线性二次控制器,并选取了合适的状态反馈矩阵。最终通过仿真结果表明,辅助机器人能够沿着期望轨迹提供辅助力帮助用户完成起立运动,并保证运动过程的平稳和身体的平衡。

关键词：服务机器人 simscape multibody 线性二次调节器神经网络建模动态平衡

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空间机器人的可变增益滑模控制方法

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哈尔滨工业大学学报 2021年第7期53卷 99-107,115页

作者：史玲玲姚鹤金鑫李朝将北京理工大学机械与车辆学院北京100081

针对空间机器人抓捕目标的轨迹跟踪过程,提出了一种基于可变增益的滑模控制算法,并利用MATLAB/simscape对空间机器人的理论动力学模型和控制算法进行了仿真校验。首先,基于拉格朗日法构建了空间机器人的动力学模型,并给出了系统参数不... 详细信息

针对空间机器人抓捕目标的轨迹跟踪过程,提出了一种基于可变增益的滑模控制算法,并利用MATLAB/simscape对空间机器人的理论动力学模型和控制算法进行了仿真校验。首先,基于拉格朗日法构建了空间机器人的动力学模型,并给出了系统参数不确定时的动力学方程。设计了一种滑模控制器,在控制器中引入了可变增益,该增益可根据系统的不确定性和系统的运动状态进行调整,从而使控制器具有很强的鲁棒性。基于simscape multibody软件模块,对空间机器人的理论动力学模型进行了验证。在此基础上,针对多关节运动和系统模型不确定两种情形,利用可变增益滑模控制算法进行了空间机器人的轨迹跟踪仿真实验。实验结果表明,与传统的计算力矩法相比,本文提出的控制算法呈现出更高的运动控制精度和误差收敛速度。

关键词：空间机器人轨迹跟踪动力学建模可变增益滑模控制器 simscape multibody

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基于改进型能量控制策略的倒立摆系统控制研究

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今日制造与升级 2022年第7期 27-30页

作者：黄政杰钟文键广东工业大学广东广州510006

倒立摆系统是一个非线性、多变量、强耦合及绝对不稳定的复杂高阶系统。在起摆阶段,设计出改进型能量控制策略并应用到Simulink仿真,实现有限长度导轨上的起摆快、超调小的起摆控制。在稳摆阶段,通过模糊控制器时刻调整串级PID控制中内... 详细信息

倒立摆系统是一个非线性、多变量、强耦合及绝对不稳定的复杂高阶系统。在起摆阶段,设计出改进型能量控制策略并应用到Simulink仿真,实现有限长度导轨上的起摆快、超调小的起摆控制。在稳摆阶段,通过模糊控制器时刻调整串级PID控制中内环控制器的参数,实现了超调小、响应快、抗干扰,小车位置可控的倒立摆控制效果。应用设计的起摆和稳摆算法,弥补了传递函数不能体现非线性的倒立摆的缺点。

关键词：倒立摆 Simulink simscape multibody 能量控制策略模糊PID

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基于阻抗控制的机械臂主动柔顺操作研究

基于阻抗控制的机械臂主动柔顺操作研究

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作者：武琦琦东南大学

学位级别：硕士

随着研究的深入,机器人已经逐渐能够替代人类完成各种各样的任务。目前机器人的研究方向众多,其中机器人与环境之间的交互力特性和交互力的控制策略是目前研究的热点,在很多领域和场景都可以看到柔顺力控制的应用。为了解决上述关于机... 详细信息

随着研究的深入,机器人已经逐渐能够替代人类完成各种各样的任务。目前机器人的研究方向众多,其中机器人与环境之间的交互力特性和交互力的控制策略是目前研究的热点,在很多领域和场景都可以看到柔顺力控制的应用。为了解决上述关于机器人与外界接触过程中柔顺力控制的问题,本文主要使用阻抗控制理论来实现对SCARA机械臂主动柔顺控制的研究,分别从仿真和实现两个方面实现了机器人与环境交互时的柔顺特性,并通过变参数阻抗控制进行恒力控制的研究。在仿真方面,本文首先推导了SCARA机器人的基本运动学、几何雅克比矩阵等,以此得到实体机器人的基本运动特性,同时使用了较为新颖的simscape multibody联合Robotics System Toolbox工具箱进行机器人的动力学仿真,说明了该方法相较于传统Adams仿真的优势,并使用该动力学模型搭建了任务空间的逆动力学位置控制器。随后本文给出了基于力矩的阻抗控制和基于位置的阻抗控制的理论推导和仿真实现,并由此证明了两种阻抗控制器的控制效果在特定情况下是等效的,即当位置控制器精度足够高时,可以直接使用位置控制内环实现阻抗控制。其次论文还给出两种通过调整阻抗控制参数以实现恒力控制的方法,并给出了变阻抗控制在接触环境和自由状态时的稳定性条件。在实现方面,本文首先使用固高运动控制卡的位置控制实现机器人的基本运动,将电机运动转化为机器人的关节角度,同时使用软件补偿解决电机轴的间隙。然后通过六维力传感器或者虚拟力获得外界对机器人的作用力,并介绍了针对一般情况下末端执行器的重力补偿。随后根据板卡控制的特点,简化并实现了关节阻抗控制和笛卡尔阻抗控制。实验中,为了检测数据和机器人运行时的状态,使用TCP/IP通信建立服务器和客户端的连接,将运行在SCARA机器人客户端程序中的状态信息转发给服务器,并且使用HelixToolKit工具包构建了一个3D图形程序以监测机器人的运行情况。最后基于以上搭建的SCARA机器人样机平台进行了关节阻抗控制、笛卡尔阻抗控制和力控制的实验,实验结果验证了阻抗控制及其相关算法的合理性。综上,本文尝试通过仿真和实验构建一套通用的机器人的阻抗控制柔顺特性和力控制的控制平台,所取得的结果对于后续实现稳定的高精度的机器人柔顺力控制平台具有重要的理论和实际意义。

关键词： SCARA机器人主动柔顺阻抗控制固高运动控制卡 simscape multibody

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