遥操作工程机器人p-f力反馈控制方法

结合液压主、从遥操作工程机器人的特殊性,在分析已有控制方法的基础上,应用阀控液压马达和力传感器构成新型液压力伺服控制器,形成p-f结构主动力反馈双向伺服控制系统.代替以位置误差、位置误差的变化率或其组合形成的p-p型被动力反馈控制结构,在工程机器人双向伺服控制系统中应用主动力反馈结构.在空载和弹簧负载情况下,分别进行了力、位置跟随性能实验,实验结果表明.p-f型力反馈控制方法既能保证从手对主手的位置跟随精度,又能使主手准确连续地跟随从手受力情况,改进了遥操作工程机器人力反馈的性能.提高了力反馈透明度.     

电液手控器型遥操作机器人力反馈控制策略

针对现有电动力反馈操纵装置存在刚度小、力效果不明显的问题,设计了电液伺服力反馈手控器。该手控器在水平方向上具有X、Y两个旋转自由度,每个自由度采用单独的伺服阀控液压马达驱动,空间运动互不干涉。综合传统的力反射伺服型和并列型双向伺服控制算法的优点,提出力/位置偏差复合型主从双向控制策略。以液压手控器为主手,四自由度工程机器人为从手,进行主从遥操作力反馈双向伺服试验研究。验证了力/位置偏差复合型控制算法能有效提高系统响应的快速性和稳定性。     

液压力觉双向伺服系统的策略切换控制

在主手为液压力反馈手柄而从手采用液压缸位置伺服装置驱动的力觉双向伺服系统中,为解决从手与刚性物体接触时产生的震荡问题,提出策略切换控制算法。针对柔性负载,采用包含主从手力及位移的四通道式从端驱动型策略,使用主从手力之差驱动从手,再以主手跟随从手位移;在刚性负载下,为避免从手力突变影响位置环而产生震荡,采用不包含从手力的三通道策略;根据从手负载力和速度设计判断指标,控制两种策略的切换。通过刚柔性两种物体的抓取实验证明该策略对刚柔性物体均有良好的力反馈控制效果,并避免了原有的从端力驱动型策略在抓取刚性物体时产生的震荡问题。     

基于双向伺服力反馈的电子节气门控制系统

针对目前电子节气门控制系统中存在的缺乏驾驶临场感、非线性和未建模动态不确定性等缺点,结合临场感主从遥操纵理论,提出基于双向伺服力反馈控制策略的电子节气门控制系统.驾驶员目标开度与节气门实际开度位置偏差经动态鲁棒补偿器控制电驱油门踏板角位移,使驾驶员感知反馈力;同时位置偏差通过基于等效控制的模糊滑模控制器控制电子节气门实际开度,使其准确跟踪目标开度.通过仿真验证了所设计的控制策略的有效性.试验采用电控六自由度驾驶模拟器,结果表明,所设计的电子节气门控制系统能够精确修正开度位置偏差,增强驾驶临场感,具有较强的鲁棒性和自适应性.     

电液伺服遥操纵机器入主-从位置控制器

针对电液伺服遥操纵机器人主-从双向伺服位置控制中存在的非线性和不确定性,提出主-从侧分别使用带干扰观测器的最优控制和有鲁棒补偿的PD反馈控制算法,以克服主动侧各液压缸因动态特性差异造成的位置跟随误差和从动侧外界环境的随机干扰对系统稳定性的影响。分别设计了观测器跟踪扰动的二次型控制器和有动态鲁棒补偿的位置控制器,通过仿真和试验验证了所设计控制器的有效性。试验结果表明,所设计的位置控制器,既提高了主-从位置跟随精度,又具有较强的自适应性和鲁棒性;提高了力反馈电液伺服遥操纵机器人系统的操作性。     

电液伺服遥操纵机器人主-从位置控制器

针对电液伺服遥操纵机器人主-从双向伺服位置控制中存在的非线性和不确定性,提出主-从侧分别使用带干扰观测器的最优控制和有鲁棒补偿的PD反馈控制算法,以克服主动侧各液压缸因动态特性差异造成的位置跟随误差和从动侧外界环境的随机干扰对系统稳定性的影响.分别设计了观测器跟踪扰动的二次型控制器和有动态鲁棒补偿的位置控制器,通过仿真和试验验证了所设计控制器的有效性.试验结果表明,所设计的位置控制器,既提高了主-从位置跟随精度,又具有较强的自适应性和鲁棒性;提高了力反馈电液伺服遥操纵机器人系统的操作性.     

主/从机器人系统设计与双向伺服控制

建立了主／从异构式机器人力反馈遥操作控制系统。主操作系统采用2个2-DOF操作手,分别采用伺服阀控制液压马达获得2个解耦的旋转自由度。用力信息对伺服阀进行控制以驱动主操作手运动,解决主手操纵力不能直接驱动主操作手液压马达的问题。从机器人为4-DOF串联关节型四自由度机器人,采用比例方向阀控制。分别采用力反射伺服型和力对称型双向伺服控制策略,对主／从机器人系统进行遥操作力反馈双向伺服控制实验研究。验证了本设计的主操作手结构的合理性,力对称型双向伺服控制策略具有较好的控制性能。     

遥操作机器人存在时延的位置控制研究

以电液伺服遥操作主从机器人为控制对象 ,在系统存在时延的条件下 ,实现机器人从动机械手位置和姿态行程跟随主手操纵柄位置的控制。通过建立电液比例阀控制不对称液压缸的数学模型 ,分析了 Smith数字控制器的原理和实现方法 ,并与传统的控制方法进行了对比研究。针对不同时延进行了仿真试验 ,仿真结果表明 ,该方法对电液伺服遥操作机器人的位置控制具有良好的效果和较强的鲁棒性 ,证明了方法的有效性     

基于机器视觉的机器人智能采摘实验平台开发

针对如何实现快速、高效的采摘,提出机器人智能采摘实验平台系统,该采摘机器人依靠视觉反馈控制来识别采摘物的位置。研究机器人手臂的运动控制,构建机器人的运动学模型。分析机械手的视觉伺服控制问题,直接将图像位置误差矢量映射到所需的末端执行器速度矢量。对机器人智能采摘进行试验分析,试验任务进行171次,准确率94.67%。试验结果验证该视觉伺服控制方法在实际场景中对采摘物识别效率,提高视觉伺服系统的鲁棒性和有效性。     

六自由度虚轴机床神经网络位置伺服控制

针对永磁直线伺服电机（PMLSM）驱动的六自由度虚轴机床，提出利用基于神经网络的位置伺服控制器对电机动子加速度进行控制的方案。为抑制对电机动子加速度影响较大的杆问耦合扰动的影响，将负载扰动和杆间耦合扰动整合为一个对象，并等效为电机动力学参数的变化，利用观测器进行在线观测，结合神经网络位置伺服控制器进行调整，从而较好地提前抑制了速度与位置误差。所设计的神经网络位置伺服控制器结构简单，权值调整方便，计算量小、响应速度快。仿真实验表明该方法对虚轴机床各杆的位置、速度、加速度实现了精确的跟随控制，系统具有很强的鲁棒性。     

液压Stewart主从系统六维控制策略

设计了一种主从手均为液压Stewart机构的主从控制系统,用于操作者以遥操作的方式进行复杂曲面的研磨,避免研磨粉尘对现场工作的工人造成呼吸道伤害。针对该机构需具有六维力反馈的工作要求,采用基于工作空间的四通道力觉双向伺服策略,以降低连杆差异和外界干扰力等非线性因素的影响,提高力反馈精度。在此基础上提出了六维的策略切换控制,解决因从端遭遇刚性冲击引起的主手震荡问题。通过柔性及刚性碰撞实验证明了该策略的有效性。     

面向柔软物体抓取的遥操作工程机器人位置反力控制

为改善工程机器人系统的操作性,并提高在抓取和搬运柔软物体过程中的安全性,对主从遥操作系统的控制进行了研究,提出了位置速度/位置反力混合控制的方法。工程机器人在自由移动时,采用位置速度控制,工程机器人与环境间产生反馈力时,切换到位置反力控制。利用反馈力作为反馈信号,实现对力的间接控制。设计并开展了抓取与搬运柔软物体的实验,并对抓取和搬运过程中的物体最大变形量以及活塞杆平均位移进行了统计分析及配对t检测。结果表明:相比传统的位置速度控制方法,位置反力控制方法能够改善主从遥操作系统的操作性,确保在抓取和搬运过程中柔软物体的安全性。     

变尺高精度全自动矽钢片剪切机控制系统设计

为满足矽钢片剪切机工艺精度要求，用三菱FX2系列PLC作为主控单元，与定位模块、伺服放大器及MR—J2系列伺服电动机组成控制系统。利用伺服电动机所具有的位置控制和多段速度控制的特点，通过表定位方法对定位模块进行操作从而实现对电动机的精确定位，并推导出位置、速度双重控制的最优方案，既提高了剪切精度又使该系统达到理想的剪切速度。系统实现了变尺剪切，达到了特种变压器的装配要求。     

基于外力估计的并联机器人柔顺控制策略研究

针对并联机器人在作业过程中的位置精确控制及柔顺控制问题,提出了基于外力估计的并联机器人柔顺控制策略,实现并联机器人在作业过程中位置和力的高性能动态交互。基于外力估计的柔顺控制实现过程中,考虑到接触力传感器成本较高,提出一种无传感器外力估计的方法。首先建立并联机器人以及伺服运动系统动力学模型,利用所建立的动力学模型和电机的电流反馈值来估算外力作用时机器人关节力的变化。其次根据估算的并联机器人关节力,设计基于位置的阻抗控制,使并联机器人末端执行器与环境柔性接触,确保并联机器人的作业精准度与柔顺度。最后选取合适的阻抗控制参数,对所提出的柔顺控制策略进行仿真分析并且在搭建的实验平台上进行了实验验证,实验结果表明所提出的方法可以实现并联机器人的精确柔顺作业。     

基于推杆电动机的拖拉机液压悬挂控制系统

设计的拖拉机液压悬挂自动控制系统包括推杆电动机、传动机构和控制单元ECU等。控制单元ECU实时接收上位机决策控制指令,控制推杆电动机驱动拖拉机液压悬挂的提升器,调整作业机具至适宜的位置。设计了双阈值斜坡启动和反馈PI算法相结合的PWM电动机控制方法,启动阶段以前馈斜坡输入控制为主,使推杆电动机可以平稳且快速地启动;主体运行阶段以PI反馈控制为主,以提高控制速度和精度。采用C语言实现整个控制系统编程,包括电动机反馈信号的AD转换采集、电动机的PID控制、上下位机的CAN通讯以及串口通讯等内容。试验测试结果表明,前馈斜坡启动方式可以较好地避免电动机启动时的瞬间冲击电流;当死区阈值设置为10(AD)时,最大误差范围为±11(AD),体现在推杆电动机上的行程误差为±0.26 mm,满足拖拉机液压悬挂系统的自动操纵控制要求。     

基于Stewart平台的6自由度力反馈手控器

手控器是主从遥操作系统的关键设备,可以向遥操作系统传送位置、姿态、速度和力等多种信息,同时可以接收从机械手的力／力矩信息,为操作者提供力觉临场感。对基于Stewart平台的6-DOF力反馈手控器进行了总体结构设计,该装置的主体由一个6-DOF Stewart平台、电液比例控制系统及控制与检测系统等组成。介绍了系统的各部分组成、工作原理、结构特点;建立了力反馈系统,分析了实现力觉反馈的原理;推导了平台的运动学逆解、动力学正解;研究了结构尺寸与性能的关系。