基于阻抗内环的新型力外环控制策略

对于空间装配等与环境进行交互的任务,迫切要求空间机器人具有力控制的能力。利用机器人的关节力矩传感器,提出了一种新型的基于阻抗内环的力外环控制策略。在该方法中,内环采用阻抗控制代替传统的位置控制。阻抗控制内环使机器人具有一定的柔顺性,力外环通过期望力与实际力的误差对内环的参考轨迹进行修正,实现了机器人的力跟踪控制。另外,为了验证利用关节力矩传感器间接测量末端接触力的效果,机器人末端安装了一个高精度的JR3腕力传感器用来直接测量实际接触力。在基于位置内环和阻抗内环的力外环控制方式下,进行了机器人接触刚度变化较大环境（海绵、泡沫和铁块）的力跟踪实验。实验表明,当环境刚度变化较大时,相对于传统的力外环方法,本文提出的方法能够实现稳定的力跟踪性能。尤其对于铁块这种刚度很大的环境,该方法的有效性更加明显。     

混联式三自由度手控器的位置标定方法

在使用一种混联式三自由度手控器的过程中发现其位置跟踪存在一定的误差,这种误差主要来自于一些重要部件的加工和装配误差。对此提出了一种针对这种结构的手控器位置跟踪精度的标定方法,通过分别对手控器三个自由度进行重新测量标定,计算出导致误差的零件的实际尺寸,修改手控器末端位置坐标的计算公式中的参数,提高了这种混联式结构手控器的末端位置跟踪精度。     

可重构混联机械手——Tricept的自标定方法

由于并联构型装备难于实现全闭环反馈控制,使运动学标定成为一项具有显著经济价值并十分有效的提高并联构型装备精度的手段,通常包括误差建模、测量、辨识和补偿4个环节。基于以上因素,以5自由度混联机械手Tricept为对象,研究一种基于内部传感器检测信息的运动学标定方法。首先建立传感器测量值与影响末端可补偿位姿误差的几何误差源的映射关系。在此基础上,讨论了几何误差的可辨识性。通过计算机仿真验证了所提方法的可行性和有效性。     

面向机械臂遥操作的虚拟人机交互系统设计

为提高空间站机械臂遥操作系统的精度和安全性,设计了一种基于混联式七自由度力反馈设备的虚拟人机交互系统。系统由力反馈设备、控制系统及虚拟场景构成,实现了三维平动自由度和三维转动自由度的机械解耦,并通过标定修正了存在误差的机械参数,可以对末端输出反馈力稳定控制。性能试验表明:系统可以在250 mm×250 mm×250 mm的空间内精确跟踪操作人员手部位置,位置精度达到0.6 mm;可提供最大15 N的力觉反馈;在虚拟夹物体试验中,有力反馈的人机交互系统比无力反馈系统的完成时间缩短了23%,损坏率降低了50%,提高了操作精度和夹取过程的安全性。     

叶片磨抛机器人力/位混合控制的设计与实现

为提高航空类发动机叶片的自动化磨抛精度,减小复杂曲面叶片加工轨迹控制误差,采用基于六维力传感器的机器人力/位混合控制策略,实现机器人磨抛轨迹的在线修正。搭建以Staubli机器人和ATI六维力传感器为核心部件的叶片磨抛验证平台,通过C++开发上位机,采集磨抛过程中六维力传感器信息并进行Kalman滤波。通过示教确定机器人运动轨迹,对机器人运动轨迹与力传感器信息进行采集分析,确定基于力/位混合控制可以实现机器人运动轨迹的在线修正,为复杂曲面的叶片磨抛轨迹控制提供一种解决方案。     

基于基波电流观测器和旋转高频电压注入法的IPMSM无传感器控制

为了实现永磁同步电机低速段的高精度无传感器运行,系统地分析了绕组电阻和感应电动势、电流调节器、滤波器、电机暂态运行、注入高频电压的幅值与频率、多凸极效应、电流传感器精度以及A/D采样量化误差等因素对基于旋转高频电压注入法的低速无传感器控制方法转子位置估计精度的影响机理。在此基础上,提出了一种基于基波电流观测器和旋转高频电压注入法相结合的低速无传感器控制策略,消除了传统的无传感器控制方法中带通滤波器引起的转子位置估计误差,并降低了电机暂态运行引起的转子位置估计误差,有效地提高了低速无传感器控制方法的转子位置估计精度。仿真和实验结果表明,所提出的低速无传感器控制策略具有更高的转子位置估计精度和更宽的调速范围。     

基于工业机器人的复杂曲面件保压侧移控制方法

在保压力加载过程中,复杂曲面件在侧向力的作用下产生位姿侧移。为了保证复杂曲面件的位置精度,构建复杂曲面件保压控制系统,借助激光位移传感器和T-Mac激光跟踪系统,测量复杂曲面件的位置并在线补偿误差。通过3个位移传感器测量实际加载点的法矢方向,利用夹角逼近算法搜索获得实际点位,对比理论点位,得到复杂曲面件与机器人的相对位置。根据T-Mac实时反馈机器人的位置,解算获得复杂曲面件的绝对位置,并调整机器人末端实现复杂曲面件的位置修正。试验结果表明,经第3次在线补偿后,复杂曲面件位置精度达到0.1mm,相比原始误差提升了90%。     

工业机器人绝对定位误差补偿方法

现场环境下工业机器人连续作业运行容易导致定位漂移问题,利用外部高精度测量系统获取其末端执行器精确三维位置信息是机器人绝对定位误差的有效补偿方式.针对误差补偿三维测量高效率、高精度、高适应性要求,提出了一种基于工作空间测量定位系统的工业机器人精度补偿方法.利用测量定位系统的动态特性,设计了针对机器人工作轨迹空间的网格划分...     

面向地面无人平台的仿生偏振光定向算法

仿生偏振光定向为地面无人平台提供了一种新型的低成本、小型化定向方式。设计了一种基于微阵列式偏振光栅的仿生光罗盘,实现了一种加权平均的偏振光定向算法,分析了大气偏振模式误差、太阳位置误差、偏振光传感器误差和水平姿态角误差等因素对航向角估计精度的影响。实验结果表明,动态车载条件下定向误差小于0.5°。     

基于一类含极少运动副四支链两转一移三自由度并联机构的五轴混联机器人

首先提出了一类含较少运动副四支链两转一移三自由度（2R1T）并联机构（PMs）2RPU-UPR-RPR和2UPR-RPU-RPR，然后提出了极限约束力螺旋系的概念，分析四支链2R1T并联机构末端的极限约束力螺旋系，对所提出的四支链2R1T并联机构是否同类机构中含运动副最少进行了论证。基于提出的四支链并联机构构造了一种五自由度混联机器人机构，建立了2-RPU-UPR-RPR并联机构的位置反解模型，并将其等效成一个三自由度串联机构RPR，进而对整个混联机器人机构进行了位置正反解分析，建立得到了混联机器人机构位置反解的显式解析表达式，并用加工球面轨迹的算例对所建运动学模型的正确性进行验证。提出的五自由度混联机器人含有极少的运动副，且所有转动自由度均具有连续转轴，能够得到解析的位置模型表达式，很容易实现轨迹规划与运动控制，具有良好的应用前景。     

液压飞行仿真转台复合控制(英文)

针对液压飞行仿真转台伺服系统具有高度非线性动态、大的参数时变和严重的通道间负载耦合,提出了一种复合控制设计。该复合控制由一个鲁棒反馈控制器和一个前馈补偿器组成。设计目标是,即使存在相当大的不确定性、外部扰动和通道间负载耦合,也要实现高的跟踪性能。为了达到这个目标,用μ综合最优化技术设计反馈控制器以抑制摄动和扰动,用基于零相位误差跟踪的基本思想建立前馈补偿器以补偿系统的动态时滞。为了验证所提出的控制策略,进行了仿真和试验,结果表明,所设计的系统对模型摄动具有非常强的鲁棒性,并具有优越的抑制负载耦合和改善跟踪性能的能力。     

基于零电压注入的航空电驱动用永磁电机系统零低速无位置传感器控制

针对航空电驱动系统零低速域高性能无位置传感器控制算法的需求，本文提出了一种基于零电压注入的无位置传感器控制策略。首先，针对传统高频注入法的高频噪声问题，引入随机高频信号代替传统信号，在估计的d轴中激励出与位置相关的响应电流。随后，对传统信号及随机高频信号的噪声产生与抑制机理进行理论分析；进一步分析死区效应对位置观测的影响，在随机高频信号注入基础上，额外注入零电压矢量，并设计死区补偿策略以抑制由死区效应所引起的位置观测误差。最后，通过MATLAB/Simulink验证了所提出无位置传感器控制策略的有效性。本文所提出的算法可实现零低速域的低噪声低谐波无位置传感器控制，对航空电驱动系统控制策略的设计具有参考价值。     

不确定性非线性系统的自适应输出反馈控制

研究了一种不确定性非线性系统的自适应输出反馈控制方法.首先引入伪控制信号使系统反馈线性化,然后设计一个线性动态补偿器和在线神经网络,自适应消除不确定性和建模所引起的误差.仿真结果表明,该控制方法能够消除系统的稳态误差,提高系统动态性能,并且具有较好的鲁棒性.     

面向大型卫星的可移动混联机器人加工技术

大型卫星结构件加工过程中面临多次吊装和转移风险,针对“卫星不动,工具移动”制造方法定位误差大的问题,提出一种可移动混联机器人加工大尺寸结构件的新方法。基于全向移动平台与机器人视觉引导相结合的粗-精定位策略,采用初步定位和精确定位的“两步定位法”提高移动式混联机器人加工的定位精度。构建可移动混联机器人加工系统,并在大型卫星结构件上开展铣削验证实验。实验结果表明：移动式混联机器人提高了卫星舱体功能面的加工精度,1 600 mm×800 mm范围内4个压紧点的加工平面度达到0.08 mm,共面度达到0.2 mm,距离公差为0.6 mm。混联机器人的高刚度特性为实现卫星舱体高精、高效的原位加工提供了可行性。     

提高机器人结构刚度及关节精度的方法

传统工业机器人具有工作空间大、结构紧凑、灵活性好等优势,已由早期的物料搬运、点焊、喷涂等操作逐渐应用于制孔、铣削、磨削等高精度金属切削加工领域。然而,工业机器人相比于机床刚性较弱,金属切削过程中的切削载荷使机器人末端刀具偏离期望的加工轨迹,外部激振力极易引发机器人颤振,影响机器人加工精度;此外,关节减速器内部齿隙也会严重影响机器人精度。对采用机器人刚度优化、机器人加工误差补偿、机器人传动间隙补偿、机器人加工振动抑制等提高机器人精度方法的研究现状做了总结,提出了两种提高机器人精度的机器人结构改进设计,分别为基于双电机驱动的无间隙传动机器人结构和基于四边形机构的高刚性机械臂结构,并对新型机器人的结构特点进行了阐述。     

基于机械关节反馈的机器人精度补偿技术

工业机器人因其高柔性和低成本而正被越来越多地应用于飞机自动化装配生产线中,但其绝对定位精度差一直是制约其发展的瓶颈。为了进一步提高机器人末端的定位精度,提出了基于机械关节反馈的机器人定位精度补偿方法,该方法通过在机器人的关节处安装绝对式光栅尺,将关节伺服引入到机器人的控制中,来实现机器人关节的闭环控制,从而降低关节误差对末端位置的影响,提高关节的定位精度。试验结果表明,机器人的绝对定位误差由补偿前的最大值1.125mm降低到0.167mm,该方法能够有效地降低机器人的绝对定位误差,实现机器人的高精度控制。     

基于遗传算法的机器人负载重力补偿优化算法研究

航空航天装配领域,利用安装在机器人末端的六维力传感器来感知外力是实现工业机器人柔顺装配的关键技术之一,而负载的存在会干扰对外力的感知。针对工业机器人末端负载的重力补偿,提出一种基于遗传算法的重力补偿优化算法。此方法以误差平方和最小为目标建立了最优解模型,利用遗传算法求解,最终可以在不使用测量仪器的情况下,估计力传感器安装偏角,提高重力补偿精度。同时设计了特定的机器人测量姿态来减少系统误差。试验表明,优化算法可以补偿任意角度的力传感器安装偏角,与补偿前相比,各方向最大重力补偿误差及平均重力补偿误差都有所减小。     

一种永磁同步电机宽速域无传感器系统的控制策略

设计了一种改进型滑模观测器(SMO)实现永磁同步电机(PMSM)无传感器宽速域控制。使用反电动势观测器替代低通滤波器,避免了转子位置信息滞后的问题。在定子电流计算中引入随转速自适应调节反馈系数的反电动势反馈,减小了系统抖振,使宽速域下转子转速和位置估计更加精确。采用锁相环技术(PLL)来抑制高频信息,提取出准确的转子位置。基于dSPACE搭建了PMSM的快速控制原型试验平台,对无传感器控制系统进行了稳态和动态试验,结果验证了该算法的有效性。     

铣削加工用混联机器人参数曲线插补方法

传统加工装备难以满足高速、高精度、高柔性加工需求,研发高性能加工装备势在必行。以实现航空制造领域高速高精度加工为研究目的,提出一种基于混联机器人平台的加工方法。介绍一种新型五轴混联加工机器人(TriMule),并建立其运动学逆解模型。为提高加工精度,阐述了参数曲线插补原理及其在混联机器人加工装备上的应用。最后结合螺旋铣孔加工工艺,在混联机器人加工平台上进行钛合金铣孔试验。仿真和试验结果表明,采用参数曲线插补方法,能有效限制进给率波动,改善混联机器人加工精度。总结全文,指出混联机器人具备高刚度、高速度、高精度及高柔性等特点,在航空制造领域具有广阔的应用前景。     

面向飞机装配的机器人定位误差和残差补偿

工业机器人由于其高柔性和低成本而被越来越多地应用到飞机自动钻铆系统中,使用精度补偿有效地提高机器人的绝对定位精度是保证产品质量的关键,为进一步提高机器人末端定位精度,提出了基于误差相似度的残差补偿方法。首先使用基于运动学参数标定的方法辨识出机器人的几何参数误差,再利用基于误差相似度的方法对残余误差进行估计,实现对机器人的误差和残差的补偿。以工业机器人KUKA KR-30 HA为对象所进行的试验验证表明,机器人的绝对定位精度平均值由补偿前的0.879mm经过定位误差补偿后提高到0.194mm,经过残差补偿后进一步提高到0.141mm,经过定位误差和残差补偿后的机器人最大误差由1.492mm降低为0.296mm,最大绝对定位精度误差降低了80.16%。该方法能有效地补偿参数辨识后遗留的残差,进一步提高机器人的定位精度。