基座、臂杆全弹性空间机器人的递归CMACNN控制 被引量：2

1

作者 黄小琴 陈力 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期1899-1906,共8页

探讨了基座、臂杆全弹性影响下的漂浮基空间机器人系统的轨迹跟踪问题。将弹性基座与臂杆间的连接视为线性弹簧,推导出系统的动力学模型,并将其视为双时间尺度系统。对于慢变子系统,针对刚性运动的轨迹跟踪问题,利用递归CMAC神经网络(CM... 探讨了基座、臂杆全弹性影响下的漂浮基空间机器人系统的轨迹跟踪问题。将弹性基座与臂杆间的连接视为线性弹簧,推导出系统的动力学模型,并将其视为双时间尺度系统。对于慢变子系统,针对刚性运动的轨迹跟踪问题,利用递归CMAC神经网络(CMACNN)具有动态特性的优点,逼近动力学方程不确定项,设计递归CMAC神经网络控制方案,提高了跟踪性能;对于快变子系统,针对弹性基座与两柔性杆的振动,采用线性二次型最优控制抑振。仿真验证了此复合控制方法的有效性。 展开更多

关键词 臂杆全弹性空间机器人 基座 奇异摄动法 递归CMACNN 主动抑振

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基座、臂杆全弹性空间机器人抗死区动态面控制 被引量：2

2

作者 黄小琴 陈力 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期2063-2069,共7页

为了抑制漂浮基空间机器人的弹性基座与柔性臂杆的振动及避免关节力矩输出死区的影响,探讨了基座、臂杆全弹性漂浮基空间机器人系统存在关节力矩输出死区时的轨迹跟踪及双重柔性抑振问题。将弹性基座与臂杆间的连接视为弹簧连接,结合假... 为了抑制漂浮基空间机器人的弹性基座与柔性臂杆的振动及避免关节力矩输出死区的影响,探讨了基座、臂杆全弹性漂浮基空间机器人系统存在关节力矩输出死区时的轨迹跟踪及双重柔性抑振问题。将弹性基座与臂杆间的连接视为弹簧连接,结合假设模态法,推导出系统的动力学方程。应用奇异摄动方法,将系统分解慢变、快变子系统,分别表示刚性运动、基座弹性与双柔杆振动。对于慢变子系统,针对系统存在死区的情况,设计了基于自适应高斯基模糊的动态面控制器。动态面的引入避免了反演法引起的计算膨胀,减少了计算量;模糊逻辑函数逼近了含有死区误差和外部干扰在内的动力学不确定项;针对快变子系统,采用线性二次型最优控制以抑制基座与双杆的柔性振动并利用Matlab进行仿真验证。仿真结果表明:所设计的控制方案使得基座姿态与两臂杆相对转角收敛到期望角度,基座位移与臂杆的一、二阶振动模态收敛到零。 展开更多

关键词 基座弹性 双柔杆空间机器人 奇异摄动法 关节力矩输出死区 动态面控制 双重振动抑制

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基座与臂杆全弹性空间机器人的有限时间控制 被引量：2

3

作者 黄小琴 陈力 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期399-406,共8页

探讨了基座、臂杆全弹性影响下,基于有限时间的漂浮基空间机器人系统轨迹跟踪以及柔性抑振问题.由于弹性基座与两柔性杆之间存在多重动力学耦合关系,此系统为高度非线性系统.将弹性基座与臂杆间的连接视为线性弹簧,利用拉格朗日第二类... 探讨了基座、臂杆全弹性影响下,基于有限时间的漂浮基空间机器人系统轨迹跟踪以及柔性抑振问题.由于弹性基座与两柔性杆之间存在多重动力学耦合关系,此系统为高度非线性系统.将弹性基座与臂杆间的连接视为线性弹簧,利用拉格朗日第二类方程并结合假设模态法,推导出该系统的动力学模型;应用奇异摄动理论的两种时间尺度假设,将系统分解为表示刚性运动的慢变子系统和表示基座弹性、双柔杆振动的快变子系统.针对慢变子系统,设计了一种基于名义模型的有限时间控制器,保证完成刚性期望轨迹跟踪.设计的积分式滑模面具有有限时间收敛特性,比传统渐近收敛控制方法具有更快的收敛速度和更强的鲁棒性;对于快变子系统,采用线性二次型最优控制同时抑制弹性基座与两柔性杆的振动.Lyapunov理论证明了所提控制算法能使跟踪误差在有限时间内收敛到原点.仿真验证了控制方法的有效性. 展开更多

关键词 基座弹性 两柔性杆空间机器人 奇异摄动法 有限时间控制 主动抑振

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基于WNN的全弹性空间机器人自适应非奇异快速终端滑模控制算法 被引量：10

4

作者 付晓东 陈力 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期672-679,共8页

针对基座、关节、臂全弹性空间机器人存在建模误差及外部干扰情况下的运动控制及多重振动抑制问题,提出了基于小波神经网络(WNN)、混合轨迹法的自适应非奇异快速终端滑模复合控制算法。利用假设模态法、质心定理、拉格朗日方程,建立了... 针对基座、关节、臂全弹性空间机器人存在建模误差及外部干扰情况下的运动控制及多重振动抑制问题,提出了基于小波神经网络(WNN)、混合轨迹法的自适应非奇异快速终端滑模复合控制算法。利用假设模态法、质心定理、拉格朗日方程,建立了全弹性空间机器人动力学模型。然后根据奇异摄动理论将模型降维分解成慢、快变子系统,并设计了应用于慢变子系统的自适应非奇异快速终端滑模控制及快变子系统的双重减振线性最优控制构成的复合控制器。慢变控制器采用WNN结构逼近系统建模误差及扰动的上界,控制器参数通过自适应学习算法在线调整。仿真结果表明,复合控制器能将基座、关节、臂的弹性振动分别抑制在±5 mm、±0.1 rad、±1.8 mm等许可范围内,对建模误差及外部干扰具有鲁棒性,且在2 s内实现对期望轨迹的渐进稳定跟踪。 展开更多

关键词 弹性基座 柔性臂 柔性关节 空间机器人 非奇异快速终端滑模控制

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基座弹性的双柔杆空间机器人的神经网络动态面控制 被引量：1

5

作者 黄小琴 陈力 《载人航天》 CSCD 北大核心 2019年第1期92-97,共6页

针对基座弹性的双柔杆漂浮基空间机器人系统存在外部干扰时的轨迹跟踪及柔性抑振问题,推导了系统的动力学模型,应用奇异摄动理论,将系统分解为表示刚性运动的慢变子系统和表示基座弹性、双柔杆振动的快变子系统。对于慢变子系统,设计了... 针对基座弹性的双柔杆漂浮基空间机器人系统存在外部干扰时的轨迹跟踪及柔性抑振问题,推导了系统的动力学模型,应用奇异摄动理论,将系统分解为表示刚性运动的慢变子系统和表示基座弹性、双柔杆振动的快变子系统。对于慢变子系统,设计了一种基于动态面的神经网络控制器,通过动态面的应用避免反步法带来的计算膨胀问题;通过RBF神经网络逼近了含有外部干扰在内的动力学不确定项;针对快变子系统,采用线性二次型最优控制同时抑制弹性基座与双柔杆的振动。数值仿真验证了控制方法的有效性。 展开更多

关键词 双柔杆空间机器人 基座弹性 奇异摄动法 动态面控制 RBF神经网络

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管道全位置焊接机器人结构设计与运动学分析 被引量：12

6

作者 冯传智 罗雨 +5 位作者 许耀波 王庆林 任飞燕 于俊杰 苏佳毅 焦向东 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第8期1489-1499,共11页

现有管道全位置自动焊接设备自由度少,无法模仿高级焊工运条手法,从而影响到焊接质量。针对这一问题,设计了一款基于协作机械臂的管道全位置焊接机器人,并进行了运动学分析。首先,根据焊接机器人的结构特点,采用模块化思想对机器人进行... 现有管道全位置自动焊接设备自由度少,无法模仿高级焊工运条手法,从而影响到焊接质量。针对这一问题,设计了一款基于协作机械臂的管道全位置焊接机器人,并进行了运动学分析。首先,根据焊接机器人的结构特点,采用模块化思想对机器人进行了功能模块划分,功能模块包括柔性导轨、行走底盘、六轴协作机械臂和模块间的快锁机构四个部分;然后,根据D-H法建立了运动学方程,结合Robotic Toolbox和MATLAB完成了焊接机器人的建模和运动学仿真;最后,采用蒙特卡洛法对焊接机器人的工作空间进行了可视化分析。研究结果表明:理论上,基于协作机械臂的管道焊接机器人可完成管道壁厚为755 mm、焊缝宽度为310 mm的焊接任务,并且运动学模型正确、结构设计合理,可以满足管道全位置焊枪姿态调整的功能需求。 展开更多

关键词 全位置焊接机器人 协作机械臂 管道焊接质量 结构设计 运动学仿真 工作空间验证 D-H法

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全柔性杆空间机械臂动力学与运动L_2增益抗扰鲁棒反演控制 被引量：4

7

作者 张丽娇 陈力 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期952-957,共6页

讨论了全柔性杆空间机械臂系统动力学、运动L_2增益抗扰鲁棒反演控制。结合拉格朗日方法、动量守恒关系和假设模态法对系统进行动力学分析,获得了系统的动力学方程。基于系统双时标模型,采用奇异摄动法,将系统降阶分解为两个子系统:描... 讨论了全柔性杆空间机械臂系统动力学、运动L_2增益抗扰鲁棒反演控制。结合拉格朗日方法、动量守恒关系和假设模态法对系统进行动力学分析,获得了系统的动力学方程。基于系统双时标模型,采用奇异摄动法,将系统降阶分解为两个子系统:描述关节刚性运动的慢变子系统,描述柔性杆振动的快变子系统。为慢变子系统设计了对外部有界干扰具有抑制作用的鲁棒反演控制器,使外部有界干扰对系统性能输出的L_2增益小于给定值;基于线性系统最优控制理论实现了快变子系统的控制,以抑制由臂杆柔性引起的振动。数值仿真说明了所设计混合控制器的可行性和有效性。 展开更多

关键词 空间机械臂 全柔性杆 L2增益 鲁棒反演控制 主动抑振

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全弹性平面运动机器人的高精度运动控制和振动抑制算法研究 被引量：3

8

作者 付晓东 陈力 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期199-205,共7页

为实现对基座、关节和臂均存在弹性的空间机器人运动高精度控制及多重振动抑制,建立了基座、关节和臂全弹性空间机器人动力学模型,并采用运动有限维PD重复学习控制及振动同步抑制方案进行研究。首先,利用线性弹簧、扭转弹簧和欧拉-伯努... 为实现对基座、关节和臂均存在弹性的空间机器人运动高精度控制及多重振动抑制,建立了基座、关节和臂全弹性空间机器人动力学模型,并采用运动有限维PD重复学习控制及振动同步抑制方案进行研究。首先,利用线性弹簧、扭转弹簧和欧拉-伯努力梁理论,假设模态法和动量守恒定律,采用拉格朗日方程建立了弹性基座、柔性关节和柔性臂空间机器人动力学模型,之后,选取反映柔性臂振动的前两阶模态及基座和关节刚性运动变量为慢变子变量,选取基座和关节弹性振动变量为快变子变量,根据奇异摄动理论将系统降维分解成慢、快变子系统。最后设计了慢变子系统的运动有限维PD重复学习控制及快变子系统的线性最优双重减振控制构成的总控制器。数值仿真结果验证了算法的有效性。 展开更多

关键词 弹性基座 柔性关节 柔性臂 空间机器人 PD重复学习

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多段线缆驱动连续型空间机械臂建模与控制 被引量：7

9

作者 丁萌 余鑫 +2 位作者 武海雷 郭毓 郭健 《南京理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期253-261,共9页

该文针对一类带有弹性杆的新型多段线缆驱动连续型空间机械臂的建模与控制问题开展研究,基于刚体等效建模思想建立了机械臂的几何模型。对每节机械臂进行单元划分,将各单元上的弹性杆等效为轻质连杆。在此基础上,应用欧拉-拉格朗日建模... 该文针对一类带有弹性杆的新型多段线缆驱动连续型空间机械臂的建模与控制问题开展研究,基于刚体等效建模思想建立了机械臂的几何模型。对每节机械臂进行单元划分,将各单元上的弹性杆等效为轻质连杆。在此基础上,应用欧拉-拉格朗日建模方法,建立了多段线缆驱动连续型空间机械臂动力学模型。针对系统中存在的参数不确定性与外部时变干扰,基于Lyapunov稳定性理论,提出了一种基于非奇异终端滑模有限时间控制(NTSMFC)的连续型机械臂控制方法。仿真结果表明:与比例-微分(PD)控制器相比,NTSMFC能在有限时间内快速跟踪期望姿态角,PD控制器的姿态跟踪快速性较低;NTSMFC姿态角稳态误差为±0.002 rad,PD控制器姿态角稳态误差为±0.01 rad。 展开更多

关键词 连续型机械臂 空间机械臂 线缆驱动 弹性杆 欧拉-拉格朗日建模 非奇异终端滑模控制 有限时间控制

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受圆柱面约束螺旋杆伸展为直杆的动力学分析 被引量：7

10

作者 刘延柱 薛纭 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期1151-1156,共6页

以大型空间结构的可伸展机械臂从折叠状态被释放的伸展过程为工程背景,分析受圆柱面单面约束的弹性螺旋杆在惯性力作用下恢复为直杆的动力学过程.对弹性杆空间大变形的分析不允许利用小变形假设进行简化.Kirchhoff动力学比拟理论是研究... 以大型空间结构的可伸展机械臂从折叠状态被释放的伸展过程为工程背景,分析受圆柱面单面约束的弹性螺旋杆在惯性力作用下恢复为直杆的动力学过程.对弹性杆空间大变形的分析不允许利用小变形假设进行简化.Kirchhoff动力学比拟理论是研究细长弹性杆超大变形的有效工具.但由于圆柱面约束的存在,不能直接利用无分布力的Kirchhoff模型,而必须在方程中增加分布的约束力.以表述截面姿态的欧拉角为变量,建立受圆柱面约束弹性杆的动力学方程.在圆柱面约束条件下,认为弹性杆在伸展过程中仍维持半径不变的螺旋线形态,仅螺旋线倾角和杆的扭率随时间变化.对简化后的非线性微分方程导出解析积分,以描述伸展运动的动力学过程,导出螺旋杆伸展速度的变化规律,以及从初始状态伸展为直杆所需时间的简明的解析形式计算公式. 展开更多

关键词 可伸展空间机械臂 弹性细杆 大变形 圆柱面约束 Kirchhoff杆

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舰船捷联惯导传递对准仿真验证系统设计 被引量：2

11

作者 袁书明 李鹏飞 杜红松 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期642-647,共6页

为解决船用捷联惯导系统传递对准仿真中载体机动方式与实际差别较大的问题,提出了基于舰船空间运动的传递对准精度考核的仿真验证系统,提高载体机动方式仿真逼真度。仿真验证系统通过舰船空间运动建模,提供接近真实运动环境的空间运动参... 为解决船用捷联惯导系统传递对准仿真中载体机动方式与实际差别较大的问题,提出了基于舰船空间运动的传递对准精度考核的仿真验证系统,提高载体机动方式仿真逼真度。仿真验证系统通过舰船空间运动建模,提供接近真实运动环境的空间运动参数;通过设计空间变换算法,实现了空间运动参数与主惯导惯性器件模拟输入的转化;通过杆臂及挠曲变形计算,实现了子惯导惯性器件模拟输入的转化;文中给出了各模块的算法及解算流程。"速度+姿态"传递对准算法仿真验证结果为10 s内水平失准角精度优于0.02;方位失准角精度优于0.05。仿真验证试验结果表明了该方案的可行性和实用性,该方案为其他领域的传递对准方案分析及验证提供了有效的参考依据。 展开更多

关键词 舰船空间运动 捷联惯导 传递对准 杆臂 弹性变形

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