柔性机械臂控制研究

文章针对国内外关于柔性机械臂的研究进行了总结与分析,指出了各研究方向取得的成果与不足。为关于柔性机械臂领域的研究做了系统的梳理,有助于该领域的科研工作者更好地认识这一领域的发展概况,具有积极意义。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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...     

一种基于ros系统的机械臂开发框架

机械臂无论是在院校科研还是工业应用,都逐渐得到重视。对于机械臂的控制研究显得尤为重要,ros(Robot Operating System)系统是一种分布式开发系统,基于ros系统的Moveit是专门用于控制机械臂的集成化开发平台,他集成了机械臂的运动规划、操作控制、运动学、3D感知等算法,加快了机械臂的开发流程,同时ros系统的可视化界面rviz,可以实时检测并显示真实机械臂状态,同时可以进行碰撞检测,提高机械臂的安全性能。     

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。     

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。     

基于Java3D和VRML技术的采摘机械手运动仿真研究

为了实现采摘机器人机械手臂运动虚拟仿真过程的交互性,基于Java3D和VRML虚拟现实技术,提出了一种机械臂交互式三维场景生成及运动仿真系统。为了验证系统的可行性,以采摘机器人机械臂为研究对象,设计了基于采摘机器人机械臂运动仿真系统,并基于网络的特征,通过接口导入机械臂关节的造型文件,实现了采摘机器人机械臂仿真三维虚拟场景创建。对仿真系统进行了实验,结果表明:开发的采摘机器人机械臂三维运动仿真系统可以对采摘路径进行合理的规划,得到和实验基本吻合的轨迹,能够实时地显示关键力矩的变化,为关节结构的优化提供了数据参考。将仿真目标位置和预设位置进行对比发现,最大位置偏差不超过1 mm,从而验证了运动模型和算法的可靠性。     

铰间隙对采摘机械臂动态扰动的响应分析

近年来对采摘机器人的研究大多集中在机械臂控制方法上,忽视运动副间隙对精准性影响。为研究运动副间隙对机械臂动态扰动响应特性的影响,以研发的采摘机械臂为对象,建立多体系统动力学数学模型,采用非线性等效弹簧阻力模型及Coulomb摩擦模型建立间隙处的接触碰撞模型和摩擦模型,并嵌入到多体系统动力学模型,然后基于虚拟样机技术,建立采摘机器人机械臂动力学模型并进行仿真分析。分析结果表明:回转副精度对机械臂动态扰动特性有着明显的影响,间隙的存在使得定位精度降低,稳定性及可靠性变差。     

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。     

基于单片机的仿生投篮机械臂系统设计

在自动化生产的潮流下,机械臂正逐渐取代人工。为实现机械臂模仿人的动作完成投篮任务,设计一种基于单片机的仿生投篮机械臂系统。该系统以MK66FN1M0VLQ18单片机为核心,结合蓝牙通讯模块、UWB模块、机械臂等器件实现定点投篮;通过获取UWB反馈的距离信息,实现非定点投篮;通过按键或PC端指令对参数进行调节,实现对机械臂的控制。该仿生投篮机械臂系统功能稳定、高效、成本低,具有广泛的应用前景。     

六自由度采摘机械臂系统设计

以Atmel公司的Atmega1280芯片为核心控制器,以六自由度关节型果蔬采摘机械臂为研究对象,设计了采摘机械臂的软硬件系统。运用D-H法对六自由度机械臂进行数学建模,并通过Mat Lab构建运动仿真模型,验证了其设计的可行性;通过软件编程实现了采摘机械臂单自由度运动、多自由度协调运动和运动规划等功能模式;同时完成了Labview上位机监控界面的设计;最后通过系统调试,实现了采摘机械臂的单自由度、多自由度及基本的运动规划功能。系统整体运动灵活,协调性较好,在精度和性能上都得到了很大的提高。     

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。     

机械臂接触碰撞动力学分析

针对机械臂在运行过程中的接触碰撞问题,基于碰撞过程中产生冲量和高斯最小约束原理,提出了一种确定接触碰撞后系统状态量的分析方法。首先,利用Lagrange方程,建立机械臂系统的动力学模型,并以此为基础根据经典碰撞理论与恢复系数方程,推导得到碰撞时系统的外部碰撞冲量求解模型;该模型中碰撞点的速度与碰撞冲量之间是解耦的,有利于计算求解。其次,根据高斯最小约束原理和求解得到的接触碰撞前的系统状态量,运用求多变量函数极值的方法建立机械臂系统接触碰撞后瞬时速度求解方程式。最后,以平面三连杆机械臂为实例进行碰撞动力学建模与仿真,研究分析系统发生接触碰撞时所受到的外部碰撞冲量大小以及碰撞前后机械臂角速度和各关节转角的变化规律,求解得到了机械臂发生碰撞后保持原有运动规律不变时各关节所需施加的驱动力矩。研究表明:碰撞发生瞬时各关节将产生刚性冲击;碰撞后瞬时各杆将产生抖动;碰撞产生的冲量由远端关节向近端关节以递减的方式变化,所得结论可为机械臂冲击后的运动轨迹控制提供一定的理论依据。