气动肌肉肘关节MPI迟滞模型与补偿控制

针对气动肌肉驱动的四连杆肘关节输入气压与输出角度间的迟滞进行分析。建立肘关节迟滞的PrandtlIshlinskii(PI)模型,采用Levenberg-Marquardt方法辨识模型参数;选择改进Play算子合适的包络函数,设计一种可描述非对称迟滞现象的改进PI(Modified PI,MPI)模型,相较于传统PI模型(Classical PI,CPI),MPI模型对非对称迟滞曲线拟合度更高。基于MPI模型,设计前馈积分逆补偿器,并与PID组成积分逆补偿控制器(MPI-I-I-PID);完成了MPI-I-I-PID、PID与基于CPI模型的积分逆补偿PID控制器(CPI-I-I-PID)的位置控制仿真。仿真结果表明,MPI-I-I-PID可以减小跟踪误差,提高跟踪精度。在不同负载下进行了控制实验,实验结果表明,随着负载增加,补偿效果减弱,为此在补偿器中加入分段PID,MPI-I-I-pPID可减小抖动幅度,降低肘关节跟踪误差,提高位置控制精度和稳定性,验证了迟滞补偿器的有效性。     

智能气动肌肉的静态驱动特性研

研究了形状记忆合金丝(SMA)编织网的主动变形及对气动肌肉静态驱动特性的影响.建立了SMA丝内应力与静态驱动力的平衡方程.针对升降温中SMA丝的相变,分析了马氏体和奥氏体体积比变化,建立了温度SMA收缩率模型,并应用到气动肌肉的收缩率、收缩力和刚密度特性计算中.Matlab仿真得到了SMA变形曲线和气动肌肉特性变化曲面.分析结果表明SMA变形存在迟滞,SMA主动伸缩使得编织角变化范围更广,刚密度变化更突出.SMA收缩率变大,气动肌肉收缩力增强.     

机器人倾倒碰撞动力学建模与不同刚度下碰撞响应

为了确定刚度对柔性臂倾倒碰撞力的影响,基于混合坐标法建立柔性臂运动学模型,利用假设模态法对柔性变形解耦,基于Hertz接触理论和非线性阻尼理论建立接触碰撞力模型,利用Lagrange方程建立了含碰撞的动力学方程。编写了变步长变精度的四阶Runge-Kutta数值求解算法。对不同刚度下柔性臂的碰撞响应进行仿真,得到了接触力、关节转角、角速度和弹性变形曲线。对比可得,随着抗弯刚度增大,接触力变大且峰值出现的相位提前,且碰撞后柔性臂关节转角变小,弹性变形和角速度的振动都减小;材质结构阻尼对弹性振动变形有明显的抑制。该文所建模型和求解方法有效。     

果实收获机器人关节滑模控制系统设计与试验

针对多关节果实收获机器人难以获得精确控制模型以及控制系统的抖振问题,提出基于遗传算法实时动态调整滑模参数的控制策略,设计并制作了基于STM32微控制器和AS5045位置反馈模块及CAN总线通信模块的关节控制系统仿真和试验平台,分别在空载与负载情况下进行了关节电机位置响应试验。结果表明,采用遗传算法动态调整滑模控制器参数能够提高关节控制系统位置跟踪的响应速度,减少外界干扰和负载变化引起的控制系统抖振的幅度与持续时间,具有较强的鲁棒性。由空载和负载试验结果可知,关节6实际试验控制系统的位置跟踪响应时间比理论仿真试验增加了0.5 s,负载时控制系统的位置跟踪响应时间比空载时增加了0.3 s,但负载对系统精度和超调量并无明显影响,系统具有良好的控制效果。     

综合关节和杆件柔性的机械臂刚柔耦合建模与仿真

基于Lagrangian方程和转子非线性扭簧模型,建立柔性机械臂刚柔耦合动力学模型;通过假设模态法将物理坐标转换为模态坐标;利用ADAMS建立了虚拟样机,用于求解仅考虑杆件柔性时的运动;在Matlab中编写了Runge-Kutta算法,用于求解综合关节和杆件柔性时的运动。针对重力和驱动力作用下的垂直面摆动,给出了不同末端负载影响下的柔性关节转角和末端变形曲线;分析了关节柔性与杆件柔性之间的耦合关系。结果表明关节柔性不可忽略,关节和杆件柔性耦合作用下的末端振动小于两者的叠加,振型由关节和杆件的柔性确定,但幅值主要受驱动力影响。