柔性机械臂动力学建模及控制分析

本文将围绕柔性机械臂动力学建模与控制进行研究,注重柔性机械臂系统描述以及柔性机械臂数学模型的构建,旨在保证柔性机械臂系统的完整性,为后续研究工作奠定基础。     

全柔性机械臂的实验模拟分析

机械臂是采摘机器人的重要组成部分.本文采用柔性骨架结构,设计了一种新型全柔性机械臂,其运动依靠四根柔性骨架的拉伸实现.为了研究全柔性机械臂的空间运动与柔性骨架变化量的关系,对其空间运动进行实验模拟和坐标采集,通过对实验数据的分析,得出柔性臂的力学模型与材料力学中悬臂梁的模型相似.根据悬臂梁模型提出假设,结合理论计算推导,得出关系方程,并通过MATLAB仿真验证了方程的准确性.     

农业纸带栽种机械的柔性机械臂姿态自动检测方法研究

【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。     

刚柔耦合串联机械臂末端位置误差分析与补偿

机械臂连杆柔性、关节柔性等非线性变形的综合影响,导致其末端位置发生偏离而产生误差。本文以IRB1410型串联机械臂为研究对象,采用理论分析、仿真分析与实验验证相结合的方式,对机械臂末端位置误差进行分析与补偿研究。首先,建立机械臂刚柔耦合理论误差模型,并运用Newmarkβ法进行数值仿真分析;联合ANSYS和ADAMS进行刚柔耦合机械臂末端位置运动误差仿真;为了实现快速补偿,提出基于BP神经网络的伪目标点法对位置误差进行补偿,补偿后其位置误差均方根减小了68.3%,说明该方法具有较好的补偿效果;最后,自主设计并搭建了测量实验平台,采用所提算法进行了误差补偿实验,对比补偿前后距离误差,补偿后误差均方根减小了77.01%,验证了伪目标点法对柔性误差补偿的有效性。     

柔性机械手机械结构与自适应控制全局优化设计

针对柔性机械手研究中未将控制器和机械结构之间的耦合同时加以考虑的问题,在整体优化目标下,通过使用适用于各种几何约束的自适应迭代算法来获取机械臂状态和控制器参数,以结构优化为外循环,以LQR控制律优化为内循环,设计了全局优化设计方法,将柔性机械手机械结构的设计与控制算法的设计有机结合在一起.并以单关节柔性臂的设计为例进行了仿真,仿真结果表明,将控制律与结构优化综合考虑的方法有效、可行.     

果蔬采摘机器人机械臂研究现状与展望

农业生产中果蔬采摘是其中的重要环节，且依赖于大量劳动力的参与，采摘机器人的发展与应用将会极大地改善采摘作业的劳动力依赖问题。采摘机械臂是采摘机器人的关键部分，是采摘机器人研究的一大重点。以采摘机械臂自由度进行分类，梳理总结国内外采摘机械臂研究的发展过程和研究现状。针对相同栽培模式下同一果蔬，在采摘机械臂的自由度和构型的选择上缺少标准化方案的问题，提出采摘机械臂研究与农艺的深度结合是未来解决问题的关键。同时，对于刚性本体难适应采摘环境以及关节驱动方式单一的问题，提出采摘机械臂本体的柔性设计以及驱动方式的组合使用将是未来的发展趋势。     

柔性机械臂辅助大负载空间舱段对接的阻抗控制研究

介绍了柔性机械臂辅助大负载空间舱段对接阻抗的几种方式,即：力控制、位置控制、力位混合控制、顺应控制以及阻抗控制,在此基础上,具体阐述了柔性机械臂辅助大负载空间舱段对接的阻抗控制及所产生的价值,期望能够为空间舱升级优化工作提供一定的参考与指导。     

一种树生水果采摘机器人的结构设计

【目的】像苹果、梨子、桃子这类树高3 m左右的树生水果的采摘仍主要采用传统的手工作业方式,劳动强度大、劳动成本高,人工采摘作业不仅效率低下还具有一定的危险性。而目前研究开发的农业采摘机器人多采用刚性关节型机械臂,难以满足某些地方果树生长密集、枝条随机生长等情况的采摘需要,为了解决这些问题,亟需设计一款柔性采摘机械臂。【方法】课题组根据仿生学原理,模仿大象鼻子的运动机理,设计了一种拉绳驱动的仿象鼻柔性采摘机械臂,并基于该机械臂设计了一种树生水果采摘机器人。采用三维数字化软件SolidWorks对树生水果采摘机器人进行三维建模,树生水果采摘机器人的整体结构主要由机械爪部分、机械臂部分、收集装置部分、车身部分组成。【结果】机械爪部分可以夹裹目标果实;机械臂部分可实现多自由度、较大幅度的柔顺弯曲运动,用于实现机械爪在抓取、采摘过程中所需的各种柔性运动,配合可升降的收集装置部分,能有效缩短机械臂的运动行程,进一步提高采摘效率;车身部分带有水果收集箱,采摘后的水果能暂时储存在车身部分中。【结论】该采摘机器人具有工作空间更大、灵活性更强、安全性更高等优点,可以满足枝条密集、作业空间狭窄环境下的采摘作...     

基于力反馈的机械臂关节导纳控制研究

文章提出了一种应用于机械臂关节控制的简化的导纳控制器,它由一对弹簧阻尼系统建模,依靠力反馈产生相应的柔顺行为,通过在机械臂末端安装力传感器,经过相应的求解算法,得到机械臂末端的位置偏差,进而实现相应的柔性运动目标,从而减小接触力并防止在施加静态或动态扰动时对机械臂造成能量损失。     

基于农业生产的采摘机械臂节点控制系统研究分析

大规模种植多采用垄作栽培方式,且因多种农作物不定期成熟的生长特点,使得人工进行采摘劳动强度和作业量都非常大,研发出一种代替人工的机械则非常必要。采摘机械人的主要机构是机械臂,采用关节型机械臂可以很好地避开植株的茎干,确保机械臂定位精确,保证采摘成功,因而关节节点的控制至关重要。本研究采用5自由度的关节型机械臂,以气动柔性驱动控制关节,为减少机械臂的操作空间,对机械臂结构参数进行优化。通过试验验证节点控制系统的准确性,结果表明:5自由度控制的关节型机械臂可以灵活避开障碍并可以精确、缓冲地采摘果实。     

农林用精准对靶机械手运动学建模及仿真

本文对农林用精准对靶机械人蛇形机械臂运动学进行了建模和仿真。首先对精准对靶机械人研究背景及蛇形机械臂的结构进行了描述，对绳长和关节姿态角度关系进行数学建模，分析了蛇形机械臂绳长与关节姿态角对应的关系，利用MATLAB对运动学模型进行了仿真验证，同时对机械臂末端轨迹进行了仿真。研究表明：关节与绳长建模与MATLAB仿真结果一致，验证了运动学建模的正确性。机械臂末端机构具有较大的可达空间，可以满足机械臂末端机构对靶运动空间。     

面向水质采样的绳驱动空中机械臂抗干扰控制

绳驱动空中机械臂是一种由旋翼飞行器和多自由度机械臂构成的新型机器人系统。为了增强机械臂在排污管口水质采样时的关节空间控制性能,提出了一种结合快速连续非奇异终端滑模控制与线性扩张状态观测器的抗干扰控制策略。阐述了绳驱动空中机械臂的结构设计,建立计及关节柔性的动力学模型。利用线性扩张状态观测器来估计与补偿系统集总干扰,采用快速连续非奇异终端滑模面来保证系统状态量的有限时间收敛和抑制控制力矩的抖振。通过李雅普诺夫稳定性定理分析了所设计控制器的稳定性。最后,通过可视化仿真和地面汲水试验验证了所提控制器的有效性,结果表明,所提控制器的收敛速度、鲁棒性、准确性和抗干扰能力优于其他两种控制器,能有效抑制系统抖振,满足水质采样的作业需求。     

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。     

控制工程在机械电子工程中的应用分析

控制工程在机械电子工程中的应用有很多,包括模糊控制、柔性机械臂轨迹跟踪控制、高速液压机控制、智能控制、鲁棒控制的应用、神经网络系统等方面的控制,本文就控制工程在机械电子工程中的应用展开分析,仅供参考。     

气动柔性果蔬采摘机械手运动学分析与实验

采用气动弯曲型柔性驱动器设计了一种带有柔性机械臂的多自由度果蔬采摘机械手。基于分段常曲率理论,根据柔性驱动器形变规律,建立了多关节串并联的采摘机械手运动学模型和抓持力模型,研究了机械手采摘作业时抓取模式、工作空间和手指输出力与气压的关系,并进行了相关实验验证。制作了机械手样机,并在实验室环境下进行了多种果蔬模拟采摘实验,结果表明,该果蔬机械手具有多种抓取模式,且动作灵活、柔顺可靠、易于控制,适用于球形和圆柱形果蔬自动化采摘作业。     

基于视觉检测的采摘机械臂的研究与开发

本文主要研究了采摘机械臂的结构和控制系统的结构,详细分析了机械臂装置的多视频融合算法以及机械臂混合视觉的模型,提出了一种机械臂视觉伺服的位姿估算新方法,仅供参考。     

基于机械臂的工业生产自动化发展现状

机械臂设备在使用过程中具有较强的可控性、精准性并且可用于多种工作空间当中。随着机械臂的广泛应用,它已经逐渐成为工业生产自动化发展的重要推动力。通过对机械臂工业生产自动化发展现状进行研究,可以实现对机械臂这种机电设备的普及,有利于推动其实现创新发展。基于此,对机械臂工业生产自动化发展现状以及未来应用趋势进行了研究,希望可以推动机械臂在工业生产自动化发展中能够得到更好运用。     

农业轮式机器人PI鲁棒-滑模控制——基于RBF神经网络

农业轮式机器人机械多体系统朝柔性机器人方向发展,自由度越来越多,对应的结构也变得更加复杂,自动化和智能化水平越来越高,其动力学建模和实时控制难度增大。为提高机器人动力学建模效率,以通用性较强的具有6自由度机械臂的AMR果蔬收获机器人数学模型为研究对象,利用空间算子代数理论建立了轮式机器人O(n)阶效率的运动学和广义动力学模型。同时,利用Elman神经网络求解了机器人逆运动学问题,结合广义动力学模型和逆运动学模型,根据农业轮式机器人的特点,利用神经网络控制理论、PID鲁棒理论和Lyapunov稳定性理论,设计了一种6自由度机械臂的RBF-PI鲁棒-滑模控制算法,对机械臂末端进行心形轨迹实时追踪。最后,通过试验仿真,验证了本文提出的逆运动学理论、广义动力学模型和控制方法的合理性,为农业轮式机器人的研究提供了参考数据。     

基于Leap Motion的体感机械臂系统设计

本文设计了一种基于leap motion的体感机械臂系统,实现手部与机械臂运动同步,通过动作跟踪与远程抓物实验,验证了体感机械臂实时响应的能力,简化了传统机械臂的复杂控制方式,有效提升传统机械臂的操作效率。     

基于残差网络的UR5机械臂故障诊断方法

【目的】UR5机械臂是常用的机械臂之一,但由于其负重较小,抓取物体时易发生故障,导致严重后果,因此探究UR5机械臂的故障诊断方法具有重要现实意义。【方法】研究团队提出了一种基于ResNet网络的UR5机械臂故障诊断方法。首先,利用MATLAB机器人工具箱对UR5机械臂进行仿真建模。其次,在对UR5六自由度机械臂抓取时产生的大量数据进行分析后,将数据输入网络进行故障诊断实验。此外,还设置了对比实验和消融实验。【结果】ResNet网络模型的训练集与测试集的准确率最终收敛到98%,损失值最终稳定在0.015,其准确率比LeNet、AlexNet、VGG等网络模型的准确率高1%～2%,损失值也更小。【结论】ResNet网络在判别UR5机械臂故障时具有较高的准确率与较低的损失值,研究团队所提出的故障诊断方法有效,可保障机械臂正常执行抓取任务。