基于奇异摄动与神经网络的柔性臂控制

运用拉格朗日法建立了臂杆柔性的机械臂的动力学方程。为解决柔性臂末端位置的跟踪及克服柔性臂在运动中的振动问题。运用奇异摄动法将系统分解成快、慢两个子系统，设计混合控制器。通过设计神经网络控制器线性化慢系统。使其轨迹跟踪期望值。用线性状态反馈配置极点稳定快系统，抑制振动。一个单杆柔性机械臂的仿真算例表明，本文的控制方法保证了柔性臂刚性运动的精确跟踪，同时消除了弹性振动，避免了零动力学不稳定问题。     

自由浮动空间柔性机械臂在轨操作刚性载荷的组合控制

针对自由浮动空间柔性机械臂,讨论了在笛卡尔坐标系中机械臂对刚性载荷的轨迹跟踪控制和连杆柔性振动主动控制问题。基于拉格朗日法、假设模态法和系统动量守恒定律,推导了一种自由浮动空间柔性机械臂在轨操作刚性载荷的动力学方程。在此基础上,采用奇异摄动法将系统分解为慢变和快变两种尺度时标的子系统,设计模糊终端滑模控制器和Backstepping控制器分别对两个子系统进行控制,由此得到的组合控制使得机械臂按期望轨迹对刚性载荷进行精确在轨操作,同时抑制了柔性连杆的弹性振动。通过数字仿真验证了上述方法的有效性。     

绝缘子清扫机器人的动力学建模及轨迹优化

研究了支柱型绝缘子带电清扫机器人伸缩臂运动引起升降臂振动的问题，将升降臂和伸缩臂分别建模为柔性臂和刚性臂，形成末端具有移动刚体的柔性臂系统，在假设模态法的基础上建立了系统的Lagrange动力学模型，建模考虑了大多数柔性臂模型忽略的重力和非线性耦合的影响，分析了伸缩臂全局运动与升降臂局部振动的相互影响。提出一种单变量优化方法，以升降臂的残余变形能为性能指标，优化伸缩臂的运动轨迹，降低升降臂的残余振动。应用该方法对梯形速度曲线进行了优化，结果表明可以有效地控制升降臂的残余振动。该方法计算量小，便于在线实现。     

柔性机械臂的模糊自适应控制研究

提出了一种用于柔性机器人操作臂控制的模糊自适应控制策略。由于柔性臂的结构特点，在进行其操作臂的控制研究时，必须考虑系统的振动特性才能达到末端的高精度控制。本将拉格朗日法和假设模态法相结合，建立了单自由度柔性臂系统的动力学方程，提出了一种模糊自适应控制策略。在柔性操作臂末端带有不同载荷的情况下，分两种类型进行了控制仿真实验：定位控制和轨迹跟踪控制。仿真结果与传统的PD控制仿真实验结果相比较，表明模糊自适应控制器在轨迹跟踪和系统的振动抑制方面反映出更好的稳定性和鲁棒性，适用于柔性机械臂系统的动力学控制。     

计及关节及杆柔性的空间机械臂抓取控制

针对考虑关节及杆柔性的空间机械臂动力学与抓取控制问题,以三连杆柔性机械臂为研究对象,考虑臂杆的横向弯曲变形、纵向拉伸变形及由于横向变形引起的轴向收缩的二阶耦合量等,并通过引用转子扭簧模型来考虑柔性关节的影响,应用Lagrange方程和假设模态法建立动力学模型.引入“动态抓取域”来描述机械臂的抓取过程,采用关节主动阻尼控制来抑制抓取过程中的碰撞激振力,分析了匀速抓取和加速抓取两种策略的机械臂柔性关节的变形特性.仿真结果表明:关节柔性减小了整体碰撞力,在碰撞过程中起到一定的缓冲作用;加速抓取控制下比匀速抓取控制下的关节变形小,前者整体优于后者.     

钢球碰撞柔性杆动力分析的有效数值方法(英文)

柔性物体的碰撞动力学是工程实际中的一个重要问题。获得问题的动力响应是一个有挑战性的任务,通常通过数值计算来完成。首次采用离散奇异卷积法分析碰撞动力学问题,并通过钢球碰撞柔性杆的算例来研究几种数值方法的有效性。数值方法包括常规的有限元法、离散奇异卷积法、谱有限元法和提出的改进谱有限元法,将各种方法获得的算例的数值结果与理论解比较来研究方法的有效性。研究结果表明,采用恰当的常规有限元长度后,提出的改进谱有限元法给出的接触应力的结果最精确。另外还发现,离散奇异卷积法可以用于求解碰撞问题。     

关节铰柔性多体系统动力学研究

针对关节铰柔性多体系统建立了Ｒ／Ｗ体系的动力学方程，并进一步推广到非树及约束型多体系统，本文采用适合描述弹性变形和进行弹性体离散的刚性连体浮动坐标系，用相对描述方法来分解部件的运动，用部件模态方法对弹性体进行离散，从达朗伯原理出发建立了Ｒ／Ｗ体系的系统动力学方程。方程对于运动的分解，部件的弹性离散以及对系统的结构描述都比较直观和简单，系统的广义坐标数目也小。方程推广到非树系统和约束系统后，采用奇异     

基于多学科仿真模型的空间机械臂优化设计与应用

空间机械臂在载人航天活动中有着迫切的应用需求。航天器尺寸、质量等因素的限制使得空间机械臂具有大柔性、操作对象多以及负载变化大的特点,给机械臂的设计验证与任务验证均带来较大挑战。详细分析了空间机械臂设计验证及任务验证对多学科仿真模型的需求,完成空间机械臂多学科仿真模型建模、修正与验证工作,将修正后的仿真模型成功应用于后续中央控制器测试,在轨任务验证及数字机械臂的开发等多个方面,解决了空间机械臂任务验证的难题。     

机动武器系统变拓扑柔性多体系统动力学及仿真

基于柔性多体动力学理论，提出了变拓扑结构多体系统动力学建模方法，将系统约束分为基本约束和条件约束，研究运动相容性方程和铰接摩擦力的建模，对机动武器系统发射出筒过程进行动力学建模与仿真分析，此项研究可应用于机动武器系统的设计与分析。     

空间机械臂运动控制的地面仿真验证技术

空间机械臂是在轨进行舱外巡检、航天员辅助出舱的关键活动机构,其在轨操作的运动过程需要在地面进行预先规划生成运动控制指令,再通过数字仿真与推演对运动控制指令进行验证,以确保机械臂操作全程的安全性和高效性.针对上述问题,本文主要从运动空间限制、运动速度限制和关节力矩限制等方面设计了地面仿真验证框架,提出了基于运动学与动力学...     

空间机械臂力学模拟件的设计与优化

为降低机械臂进行地面力学实验时的成本,真实地反映机械臂的力学性能,提出一种机械臂等效力学特性的设计方法,并对机械臂力学模拟件的参数进行优化。根据机械臂的结构原理,对机械臂关节的轴承刚度、扭转刚度进行等效设计,通过目标达到法对机械臂力学模拟件的参数进行优化,将力学模拟件与机械臂各质量模块的质量、质心坐标、质心各方向转动惯量等关键参数进行对比并进行实验验证。结果表明,力学模拟件与机械臂各关节模块力学参数基本一致,力学模拟件能够满足实验要求,可降低力学环境实验成本。     

大长细比旋转式火箭弹柔性变形对弹道运动的影响

为了研究柔性小变形对大长细比旋转式火箭弹弹道运动的影响,建立了旋转式火箭弹的刚柔耦合动力学模型。运用有限元法来解算弹体柔性小变形,运用弹道仿真来解算空间大运动,通过两种解算方法之间力和攻角的交换来完成刚柔耦合过程。对比了刚柔耦合模型和纯刚体模型的部分弹道。由对比可以看出弹体的柔性变形对火箭弹弹道影响很大,必须充分予以考虑。     

采用综合气弹分析方法的旋翼非定常气动载荷计算

提出一种桨叶结构、气动和惯性耦合的旋翼系统综合分析方法，将桨叶绕挥舞、摆振及变距铰的刚性转角作为广义坐标，计入了桨叶整体运动和自身中等弹性变形之间的动力学耦合效应，桨叶弹性变量通过有限元法进行离散，翼型剖面气动力采用Leishman—Beddoes二维非定常和动态失速模型，由自由尾迹模型得出桨盘的非均匀入流，依据柔性多体系统动力学方法推早出桨叶前飞状态下的非线性周期时变动力学方程。对Newmark隐式数值积分方法进行改进，用于求解旋翼桨叶的响应。以法国SA349／2小羚羊直升机的试飞测试数据为依据，验证了方法的有效性。     

基于协作机械臂的航电开关柔性检测算法

在基于协作机械臂的航电联调联试系统中,为了解决机械臂在检测航电开关时存在环境复杂、需要适应不同种类开关与定位误差等问题,提出了两种基于关节力传感器的航电开关柔性检测算法,用来检测航电联试环境中主要的3大类开关.基于外力阈值检测的接触定位与操作算法,通过广义动量观测器估计末端外力,并在控制机械臂运动时设置操作力阈值,实现...     

特征自适应的飞机大型蒙皮曲面测量系统与测量规划

针对飞机蒙皮零件外形准确度要求高、制造尺寸大和外形复杂的特点,以及人工手动扫描测量工作量大、效率低的问题,搭建了基于移动机械臂的柔性测量系统,并提出一种特征自适应的多站位自动化扫描规划方法,以实现飞机大型蒙皮曲面的三维测量数据自动化采集。首先构建了柔性测量系统与待测对象坐标系变换模型,分析扫描规划与执行过程中数据的传递关系,并通过视觉定位实现系统相对位姿估计。然后通过特征敏感的扫描路径点生成、效率优化的扫描站位规划以及扫描轨迹规划,实现了基于扫描效率和扫描完整性约束的特征自适应扫描规划。最后,搭建了一个基于机械臂与移动平台的柔性测量系统,并以4个真实飞机零部件作为测量对象,从扫描效率与扫描完整性方面对所提出的自动化扫描方法与手动扫描方法进行对比,并设计试验进一步验证了系统测量精度,结果验证了所提方法替代手动扫描测量方法的可行性。     

直升机旋翼/机身耦合系统气动/机械稳定性分析新方法(英文)

研究了前飞状态下直升机旋翼 /机身耦合系统的气动 /机械稳定性问题。根据柔性多体系统动力学理论 ,通过构造一种 2 4自由度的刚柔混合单元得到旋翼 /机身耦合系统的周期时变运动方程 ,建模中考虑了桨叶预锥、后掠、中等弹性变形以及直升机机身和传动轴的弹性影响 ,体现出铰接式桨叶绕挥舞、摆振和变距铰的整体刚性运动与桨叶中等弹性变形之间的动力学耦合作用 ,推导中对桨叶挥舞、摆振和变距转角幅值未加任何限制。根据 Floquet理论对稳态周期解的稳定性进行研究 ,采用 Newmark直接数值积分方法得到转移矩阵。对某新型直升机的气动 /机械稳定性进行了分析 ,结果发现对于给定的前飞状态是稳定的 ,但是随着传动轴弯曲和扭转刚度的降低出现不稳定现象。     

离散奇异卷积法结构分析

离散奇异卷积法是近几年内提出的一种新型的、具有潜力的数值计算方法.目前该法已被成功地用于结构元件的力学分析.本文介绍了离散奇异卷积法的原理,尝试用该方法分析工程结构中常用的梁、矩形板结构的弯曲、自由振动性能,并将计算结果与解析法和微分求积法的所得结果进行比较.结果表明,离散奇异卷积法是一种简单、可靠的数值计算方法.     

牵顶伞在降落伞拉直过程中的作用

采用有限元方法,建立降落伞回收系统的多质点动力学模型,研究了牵顶伞在拉直过程中对主伞性能的影响.模型中将柔性大变形的伞绳、伞表、连接带离散成若干绳段,各绳段假设为质量集中在中心的质点,各质点间以阻尼弹簧连接,其运动由对应绳段的重力、气动力和张力确定.利用该模型对某批次的空投试验进行了仿真,给出了张力、速度、位移等参数的瞬态变化.经过分析表明,牵顶伞能够改善主伞张力分布,抑制伞衣项部横向摆动.     

带滑移铰空间机械臂惯性轨迹跟踪的反馈控制

利用多体动力学方法对浮动基带滑移铰车间机械臂的运动学,动力学作了分析,首先,根据系统结构几何关系并结合系统对总质心的动量矩守恒关系,导出其末端抓手动速度与关节铰速度之间的广义Ｊａｃｏｂｉａｎ关系,然后,利用系统动力学方程及运动的广义Ｊａｃｏｉａｎ关系,研究了载体位置,姿态不受控情况下,共末端抓手跟踪惯性空间期望轨迹的反馈控制规律。研究结果表明,在系统动力学参数及动力学模型精确确定,跟踪误差及需要的     

基于DDPG-PID的机器人动态目标跟踪与避障控制研究

针对机器人在动态复杂环境下的操作问题,研究机械臂跟踪运动目标及避障的运动控制方法。采用传统PID控制方法与DDPG强化学习算法相结合的方式,利用PID控制使得机械臂的工作平面快速接近目标物并与之重合,再使用DDPG算法让机械臂在平面内自主学习追踪目标物投影同时避开障碍物投影,最终在三维空间中实现跟踪与避障。该方法将机械臂作为一个智能体,智能体通过感知目标物和障碍物的距离偏差来自主学习避障跟踪策略。将本方法用于多自由度机械臂路径规划与避障任务中,对比单纯使用DDPG算法将机械臂作为智能体在空间中进行决策控制,仿真结果显示本文所提出的方法收敛效果和控制性能更好,机械臂能在训练后实现目标物的稳定跟踪和障碍物的躲避。