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欠约束临时支护机器人几何静力耦合模型及运动控制研究
1
作者
刘鹏
朱延
+6 位作者
马宏伟
曹现刚
张旭辉
段学超
周昊晨
乔心州
夏晶
《煤炭科学技术》
北大核心
2025年第8期346-361,共16页
护盾式智能掘进机器人系统有效的解决了煤矿开采中“采掘失衡、采快掘慢”难题。临时支护机器人作为该系统的重要组成部分,尽管在提升作业效率上发挥了重要作用,但由于结构限制,仅能实现竖直方向的升降运动,难以有效应对复杂巷道的临时...
护盾式智能掘进机器人系统有效的解决了煤矿开采中“采掘失衡、采快掘慢”难题。临时支护机器人作为该系统的重要组成部分,尽管在提升作业效率上发挥了重要作用,但由于结构限制,仅能实现竖直方向的升降运动,难以有效应对复杂巷道的临时支护作业。为解决临时支护机器人运动受限难题,设计了一种欠约束临时支护机器人,并提出了一种基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法,以实现欠约束临时支护机器人的高精度运动控制。首先,利用修正的G-K公式对该机器人的自由度进行了分析,针对欠约束临时支护机器人正运动学难以求解问题,建立了几何静力耦合模型,提出了一种改进的蜣螂优化算法,对正/逆几何静力问题进行求解,并对几何静力问题进行了仿真;其次,设计了一种基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制器。针对末端支护平台参数矩阵的不确定,使用多组RBF神经网络对其逼近,根据自适应律在线调整权值,实现了动力学模型的重构,并设计鲁棒项消除模型重构误差和外部扰动。为缓解控制器存在的抖振问题,设计了模糊系统自适应逼近切换增益来代替鲁棒项,并利用Lyapunov准则证明了控制系统的稳定性。最后,以平面圆轨迹为例进行仿真。结果表明:改进的蜣螂优化算法对正/逆运动学单点验证精度均小于10-20,连续运动学求解结果良好。使用RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法对预定轨迹的位置跟踪误差为0~0.011m,姿态跟踪误差为0~0.0031°,与RBF神经网络整体逼近和PD控制相比最大跟踪误差分别减少了99.0%、95.5%,均方根误差分别减少了98.3%、96.5%。证明了基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法能进一步提高欠约束临时支护机器人的运动控制精度,在受到外界干扰的情况下具有更强的鲁棒性。
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关键词
欠约束并联机器人
临时支护
运动控制
优化算法
神经网络
模糊系统
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职称材料
柔索驱动拣矸机器人分拣轨迹跟踪控制研究
被引量：
3
2
作者
刘鹏
龚莉
+4 位作者
马宏伟
曹现刚
张旭辉
乔心州
夏晶
《煤炭科学技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第10期280-290,共11页
柔索驱动并联机器人具有运动速度快、工作空间大以及动态承载能力强等优点而被用于煤矸石的快速精准分拣。然而,由于柔索的柔性和单向受力特性,在运动过程中柔索必须时刻保持张紧,使得柔索驱动拣矸机器人的精准分拣控制面临着巨大挑战...
柔索驱动并联机器人具有运动速度快、工作空间大以及动态承载能力强等优点而被用于煤矸石的快速精准分拣。然而,由于柔索的柔性和单向受力特性,在运动过程中柔索必须时刻保持张紧,使得柔索驱动拣矸机器人的精准分拣控制面临着巨大挑战。同时,拣矸置矸过程所导致的动态冲击和动力学参数的不确定、以及外界干扰等因素势必会影响拣矸机器人末端抓斗的运动精度,甚至导致目标矸石的抓取工作失败。因此,提出了一种能够保障拣矸机器人末端抓斗运动精度的鲁棒自适应模糊控制策略,以克服拣矸置矸过程所产生的动力学参数扰动和外界干扰等因素的影响。基于Lyapunov稳定性理论,证明了所提控制策略的稳定性。并通过空间螺旋轨迹和实用的分拣轨迹对所提出控制策略的控制效果进行了仿真分析。结果表明:末端抓斗对预定运动轨迹的跟踪效果良好,最大位置跟踪误差和均方根误差分别为2×10^(-2) m和8.9867×10^(-4) m;柔索驱动力光滑连续且满足柔索驱动力约束条件。证明了文中鲁棒自适应模糊控制策略对柔索驱动拣矸机器人轨迹跟踪控制有效且可靠。研究能够为柔索驱动拣矸机器人的进一步应用奠定良好的理论基础。
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关键词
柔索驱动并联机器人
煤矸分拣
跟踪控制
稳定性
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职称材料
4-1型柔索驱动并联机器人稳定性度量及其灵敏度分析
被引量：
3
3
作者
刘鹏
曹现刚
+1 位作者
张旭辉
乔心州
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2023年第14期180-188,共9页
4-1型柔索驱动并联机器人性能优越具有较好的应用潜力,但评价并保证机器人末端执行器的稳定性任务艰巨。为此,对4-1型柔索驱动并联机器人的稳定性度量方法进行研究,提出一种融合机器人末端执行器位置和约束力影响因子的稳定性度量方法...
4-1型柔索驱动并联机器人性能优越具有较好的应用潜力,但评价并保证机器人末端执行器的稳定性任务艰巨。为此,对4-1型柔索驱动并联机器人的稳定性度量方法进行研究,提出一种融合机器人末端执行器位置和约束力影响因子的稳定性度量方法及其指标;建立4-1型柔索驱动并联机器人稳定性灵敏度分析模型,探索并分析末端执行器位置和柔索驱动力等因素对机器人稳定性的影响程度,提出采用关联度研究和分析末端执行器位置及柔索驱动力等参数对机器人稳定性的影响程度。以4索驱动拣矸机器人为例,对所建立的稳定性度量模型及其敏感度分析模型进行仿真研究,得出了能够保证拣矸机器人末端抓斗满足预定稳定性要求的位置点集。稳定性敏感度研究结果表明:拣矸机器人稳定性对驱动力影响因素的敏感度较大,关联度为0.9387~0.9647;其次为位置影响因素,关联度为0.5439~0.7743。
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关键词
柔索驱动并联机器人
点质量
稳定性
灵敏度
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职称材料
题名
欠约束临时支护机器人几何静力耦合模型及运动控制研究
1
作者
刘鹏
朱延
马宏伟
曹现刚
张旭辉
段学超
周昊晨
乔心州
夏晶
机构
西安
科技
大学
陕西省矿山机电
装备
智能监测
重点
实验室
西安电子科技大学“电子装备结构设计”教育部重点实验室
出处
《煤炭科学技术》
北大核心
2025年第8期346-361,共16页
基金
陕西省教育厅服务地方专项资助项目(23JC053)
陕西省自然科学基础研究计划面上资助项目(S2024-JC-YB-2526)。
文摘
护盾式智能掘进机器人系统有效的解决了煤矿开采中“采掘失衡、采快掘慢”难题。临时支护机器人作为该系统的重要组成部分,尽管在提升作业效率上发挥了重要作用,但由于结构限制,仅能实现竖直方向的升降运动,难以有效应对复杂巷道的临时支护作业。为解决临时支护机器人运动受限难题,设计了一种欠约束临时支护机器人,并提出了一种基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法,以实现欠约束临时支护机器人的高精度运动控制。首先,利用修正的G-K公式对该机器人的自由度进行了分析,针对欠约束临时支护机器人正运动学难以求解问题,建立了几何静力耦合模型,提出了一种改进的蜣螂优化算法,对正/逆几何静力问题进行求解,并对几何静力问题进行了仿真;其次,设计了一种基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制器。针对末端支护平台参数矩阵的不确定,使用多组RBF神经网络对其逼近,根据自适应律在线调整权值,实现了动力学模型的重构,并设计鲁棒项消除模型重构误差和外部扰动。为缓解控制器存在的抖振问题,设计了模糊系统自适应逼近切换增益来代替鲁棒项,并利用Lyapunov准则证明了控制系统的稳定性。最后,以平面圆轨迹为例进行仿真。结果表明:改进的蜣螂优化算法对正/逆运动学单点验证精度均小于10-20,连续运动学求解结果良好。使用RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法对预定轨迹的位置跟踪误差为0~0.011m,姿态跟踪误差为0~0.0031°,与RBF神经网络整体逼近和PD控制相比最大跟踪误差分别减少了99.0%、95.5%,均方根误差分别减少了98.3%、96.5%。证明了基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法能进一步提高欠约束临时支护机器人的运动控制精度,在受到外界干扰的情况下具有更强的鲁棒性。
关键词
欠约束并联机器人
临时支护
运动控制
优化算法
神经网络
模糊系统
Keywords
under-constrained parallel robot
temporary support
motion control
optimization algorithm
neural network
fuzzy system
分类号
TD713 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
柔索驱动拣矸机器人分拣轨迹跟踪控制研究
被引量：
3
2
作者
刘鹏
龚莉
马宏伟
曹现刚
张旭辉
乔心州
夏晶
机构
西安
科技
大学
陕西省矿山机电
装备
智能监测
重点
实验室
西安电子科技大学“电子装备结构设计”教育部重点实验室
出处
《煤炭科学技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第10期280-290,共11页
基金
陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2019JQ-796)。
文摘
柔索驱动并联机器人具有运动速度快、工作空间大以及动态承载能力强等优点而被用于煤矸石的快速精准分拣。然而,由于柔索的柔性和单向受力特性,在运动过程中柔索必须时刻保持张紧,使得柔索驱动拣矸机器人的精准分拣控制面临着巨大挑战。同时,拣矸置矸过程所导致的动态冲击和动力学参数的不确定、以及外界干扰等因素势必会影响拣矸机器人末端抓斗的运动精度,甚至导致目标矸石的抓取工作失败。因此,提出了一种能够保障拣矸机器人末端抓斗运动精度的鲁棒自适应模糊控制策略,以克服拣矸置矸过程所产生的动力学参数扰动和外界干扰等因素的影响。基于Lyapunov稳定性理论,证明了所提控制策略的稳定性。并通过空间螺旋轨迹和实用的分拣轨迹对所提出控制策略的控制效果进行了仿真分析。结果表明:末端抓斗对预定运动轨迹的跟踪效果良好,最大位置跟踪误差和均方根误差分别为2×10^(-2) m和8.9867×10^(-4) m;柔索驱动力光滑连续且满足柔索驱动力约束条件。证明了文中鲁棒自适应模糊控制策略对柔索驱动拣矸机器人轨迹跟踪控制有效且可靠。研究能够为柔索驱动拣矸机器人的进一步应用奠定良好的理论基础。
关键词
柔索驱动并联机器人
煤矸分拣
跟踪控制
稳定性
Keywords
cable-driven parallel robots
separation of coals and gangues
tracking control
stability
分类号
TD713 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
4-1型柔索驱动并联机器人稳定性度量及其灵敏度分析
被引量：
3
3
作者
刘鹏
曹现刚
张旭辉
乔心州
机构
西安
科技
大学
陕西省矿山机电
装备
智能监测
重点
实验室
西安电子科技大学“电子装备结构设计”教育部重点实验室
出处
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2023年第14期180-188,共9页
基金
陕西省自然科学基础研究计划项目(2019JQ-796)
碑林区2022年应用技术研发类项目(GX2228)。
文摘
4-1型柔索驱动并联机器人性能优越具有较好的应用潜力,但评价并保证机器人末端执行器的稳定性任务艰巨。为此,对4-1型柔索驱动并联机器人的稳定性度量方法进行研究,提出一种融合机器人末端执行器位置和约束力影响因子的稳定性度量方法及其指标;建立4-1型柔索驱动并联机器人稳定性灵敏度分析模型,探索并分析末端执行器位置和柔索驱动力等因素对机器人稳定性的影响程度,提出采用关联度研究和分析末端执行器位置及柔索驱动力等参数对机器人稳定性的影响程度。以4索驱动拣矸机器人为例,对所建立的稳定性度量模型及其敏感度分析模型进行仿真研究,得出了能够保证拣矸机器人末端抓斗满足预定稳定性要求的位置点集。稳定性敏感度研究结果表明:拣矸机器人稳定性对驱动力影响因素的敏感度较大,关联度为0.9387~0.9647;其次为位置影响因素,关联度为0.5439~0.7743。
关键词
柔索驱动并联机器人
点质量
稳定性
灵敏度
Keywords
cable-driven parallel robot
point mass
stability
sensitivity
分类号
TH212 [机械工程—机械制造及自动化]
TH213.3 [机械工程—机械制造及自动化]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
欠约束临时支护机器人几何静力耦合模型及运动控制研究
刘鹏
朱延
马宏伟
曹现刚
张旭辉
段学超
周昊晨
乔心州
夏晶
《煤炭科学技术》
北大核心
2025
0
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职称材料
2
柔索驱动拣矸机器人分拣轨迹跟踪控制研究
刘鹏
龚莉
马宏伟
曹现刚
张旭辉
乔心州
夏晶
《煤炭科学技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
3
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下载PDF
职称材料
3
4-1型柔索驱动并联机器人稳定性度量及其灵敏度分析
刘鹏
曹现刚
张旭辉
乔心州
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2023
3
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职称材料
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