柔性关节机器人基于柔性补偿的奇异摄动控制 被引量：24

1

作者 刘业超 金明河 刘宏 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2008年第5期460-466,共7页

传统的奇异摄动方法仅适用于关节具有弱柔性的机器人的控制.为了解决这一问题,设计了关节柔性补偿器,大大提高了关节的等效刚度,从而消除了关节柔性对该方法的限制,使得奇异摄动方法能够应用于关节具有一般柔性的机器人系统中.此外,对... 传统的奇异摄动方法仅适用于关节具有弱柔性的机器人的控制.为了解决这一问题,设计了关节柔性补偿器,大大提高了关节的等效刚度,从而消除了关节柔性对该方法的限制,使得奇异摄动方法能够应用于关节具有一般柔性的机器人系统中.此外,对于慢子系统的控制,选择以投影算法作为参数估计规律的自适应控制器,并证明了它的渐近稳定性.该控制策略没有关节柔性限制,不需要连杆加速度及其微分信号,便于工程应用.最后以本实验室的柔性关节机器人为研究对象进行了实验研究,验证了所提控制策略的有效性和可行性. 展开更多

关键词 柔性关节 柔性补偿 奇异摄动 投影算法 渐近稳定性

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空间机械臂全局反作用优化及其地面试验研究 被引量：24

2

作者 史士财 吴剑威 +1 位作者 崔平远 刘宏 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2009年第3期242-247,253,共7页

针对空间机械臂在运动过程中对其基座产生力/力矩反作用这一问题进行了分析,并提出一种关节轨迹参数化的全局反作用优化方法,用于减小机械臂的反作用力/力矩.基于气浮轴承方法,建立了3自由度空间机械臂反作用优化地面实验系统.最后,采用... 针对空间机械臂在运动过程中对其基座产生力/力矩反作用这一问题进行了分析,并提出一种关节轨迹参数化的全局反作用优化方法,用于减小机械臂的反作用力/力矩.基于气浮轴承方法,建立了3自由度空间机械臂反作用优化地面实验系统.最后,采用3自由度机械臂验证了该方法的有效性. 展开更多

关键词 空间机械臂 飞行器 反作用优化 轨迹规划 气浮轴承

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3D图形预测仿真及虚拟夹具的大时延遥操作技术 被引量：20

3

作者 蒋再男 刘宏 +1 位作者 谢宗武 赵京东 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期78-81,共4页

以空间机器人在轨服务为背景,建立了卫星在轨自维护系统的地面遥操作平台.远端由安装在卫星本体上的一个四自由度机器人和灵巧手的臂/手系统组成,当卫星出现故障时,遥操作者通过空间鼠标和力反馈数据手套分别控制远端的臂/手系统排除卫... 以空间机器人在轨服务为背景,建立了卫星在轨自维护系统的地面遥操作平台.远端由安装在卫星本体上的一个四自由度机器人和灵巧手的臂/手系统组成,当卫星出现故障时,遥操作者通过空间鼠标和力反馈数据手套分别控制远端的臂/手系统排除卫星故障,实现卫星的自我维护.对于地面-太空之间通讯的大时延,利用3D图形预测仿真技术克服时延的影响,并采用虚拟夹具法提高遥操作系统的安全性和操作性能.在大时延及变时延(约7 s)的条件下,实现了武汉遥操作哈尔滨的自维护机器人臂/手系统,成功地完成了打开太阳能帆板的典型卫星在轨维护任务,验证了该方法的有效性,为今后实际空间机器人的地面遥操作提供了经验. 展开更多

关键词 空间机器人 遥操作 时延 预测仿真 虚拟夹具

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扩展雅克比方法的冗余度机器人逆运动学应用 被引量：7

4

作者 谢宗武 孙奎 刘宏 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期34-36,85,共4页

采用用于冗余度机器人求解的扩展雅克比方法,通过引入次级任务实现了冗余度机器人的周期性控制.介绍了自行研制的4自由度轻型机器人,以指定的空间轨迹作为主要操作任务,采用姿态控制作为次级任务,对4自由度冗余机器人进行了逆运动学求... 采用用于冗余度机器人求解的扩展雅克比方法,通过引入次级任务实现了冗余度机器人的周期性控制.介绍了自行研制的4自由度轻型机器人,以指定的空间轨迹作为主要操作任务,采用姿态控制作为次级任务,对4自由度冗余机器人进行了逆运动学求解和实验验证.并给出了机器人关节空间的期望变量,得到了关节空间和笛卡尔空间的轨迹误差. 展开更多

关键词 扩展雅克比方法 冗余度机器人 逆运动学

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柔性关节机器人奇异摄动控制 被引量：5

5

作者 刘业超 刘伊威 刘宏 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第3期436-441,共6页

传统的奇异摄动控制方法仅适用于关节柔性较小的机器人。针对这一问题,设计了关节柔性补偿器,以提高关节的等效刚度、消除关节柔性对该方法的限制,并将奇异摄动方法推广应用于具有一般关节柔性的机器人系统中。设计了自适应控制规律完... 传统的奇异摄动控制方法仅适用于关节柔性较小的机器人。针对这一问题,设计了关节柔性补偿器,以提高关节的等效刚度、消除关节柔性对该方法的限制,并将奇异摄动方法推广应用于具有一般关节柔性的机器人系统中。设计了自适应控制规律完成对慢子系统的控制,以保证轨迹误差的渐近跟踪。该控制策略不限制关节柔性大小,并且不需要连杆加速度及其微分信号,便于工程应用。以柔性关节机器人为研究对象进行了实验研究。实验结果表明,对于慢子系统采用PD、计算力矩和自适应控制,本文的控制策略比传统的奇异摄动方案更有效。 展开更多

关键词 柔性补偿 自适应控制 奇异摄动控制 柔性关节

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基于随动机器人的舱内／外航天服手臂测试方法 被引量：5

6

作者 赵京东 金明河 +2 位作者 高志强 崔平远 刘宏 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期1370-1380,共11页

提出了一种新的方法用于测量中国舱内和舱外航天服的关节力学特性。测量原理基于机器人运动学、静力学和动力学。首先,建立了随动机器人的运动学模型,然后根据航天服特殊的机械结构同时建立了舱内和舱外航天服手臂通用的运动学模型;其次... 提出了一种新的方法用于测量中国舱内和舱外航天服的关节力学特性。测量原理基于机器人运动学、静力学和动力学。首先,建立了随动机器人的运动学模型,然后根据航天服特殊的机械结构同时建立了舱内和舱外航天服手臂通用的运动学模型;其次,针对包含有柔性关节的舱内和舱外航天服手臂给出了求解其运动学逆运算的方法;最后,根据航天服手臂末端的力矩、位置和姿态信息计算出航天服关节的阻尼力矩。实验结果和SGI工作站上的仿真证明了该测量方法的正确性和有效性。 展开更多

关键词 航天服 随动机器人 运动学 力学特性 神经网络

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基于DSP的三自由度肌电假手实时控制方法 被引量：5

7

作者 赵京东 姜力 +1 位作者 刘宏 蔡鹤皋 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期1257-1261,共5页

利用安置在拇长屈肌,指深屈肌和指伸肌上的3个电极所测得的肌电信号,采用所提出的新的模式分类器,可以实现基于DSP的三自由度假手手指运动的实时控制。该分类器采用自回归(AR)参数模型和样本熵的方法构造特征矢量,经过由弹性反向传播(RP... 利用安置在拇长屈肌,指深屈肌和指伸肌上的3个电极所测得的肌电信号,采用所提出的新的模式分类器,可以实现基于DSP的三自由度假手手指运动的实时控制。该分类器采用自回归(AR)参数模型和样本熵的方法构造特征矢量,经过由弹性反向传播(RP)算法构建的3层前馈神经网络的分类,能够成功地分辨出拇指、食指和中指的弯曲与伸展运动,平均识别率可以达到91%以上。实验结果表明,该分类器具有很高的辨识能力,同时由于其较小的计算量,也为嵌入式的多自由度肌电假手控制提供了一种新的控制方法。 展开更多

关键词 模式识别 肌电控制 弹性反向传播 AR模型 样本熵

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基于小波变换和样本熵的假手肌电模式识别方法 被引量：1

8

作者 赵京东 姜力 +1 位作者 蔡鹤皋 刘宏 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2007年第8期927-930,共4页

提出一种新的模式分类器,利用安置在拇长屈肌、指深屈肌和指伸肌上的3个电极所测得的肌电信号,实现了对3自由度假手手指运动的控制.该分类器采用小波变换和样本熵的方法构造特征矢量,经过由变学习速率算法和RP算法构建的集成3层前馈神... 提出一种新的模式分类器,利用安置在拇长屈肌、指深屈肌和指伸肌上的3个电极所测得的肌电信号,实现了对3自由度假手手指运动的控制.该分类器采用小波变换和样本熵的方法构造特征矢量,经过由变学习速率算法和RP算法构建的集成3层前馈神经网络的分类,能够成功地分辨出拇指、食指和中指的弯曲与伸展运动,平均识别率可达96%以上.实验结果表明,该分类器为多自由度肌电假手的控制提供了一种有效的方法. 展开更多

关键词 肌电信号 小波变换 样本熵 神经网络 Resilient反向传播算法

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基于连续比例因子的冗余度机器人梯度投影算法 被引量：3

9

作者 孙奎 谢宗武 +1 位作者 黄剑斌 刘宏 《吉林大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期1257-1261,共5页

分析了冗余度机器人梯度投影法的研究现状,阐述了齐次解的比例因子的作用及其选择方法,提出了一种实时连续变化的比例因子计算方法。通过计算机仿真将所提出的逆运动学解方案同两个典型方案进行了比较。仿真结果表明,所提出的连续比例... 分析了冗余度机器人梯度投影法的研究现状,阐述了齐次解的比例因子的作用及其选择方法,提出了一种实时连续变化的比例因子计算方法。通过计算机仿真将所提出的逆运动学解方案同两个典型方案进行了比较。仿真结果表明,所提出的连续比例因子算法可以使机器人各关节角、角速度和角加速度的变化更加平滑和连续,克服了两种传统梯度投影法的缺陷。最后利用4自由度机械臂进行了实验,证明了算法的有效性。 展开更多

关键词 自动控制技术 冗余度机器人 梯度投影法 比例因子

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一种用VM建模方法的空间机器人逆运动学算法 被引量：2

10

作者 夏进军 金明河 刘宏 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期5-8,共4页

基于虚拟机械臂(VM)建模方法,构造了自由漂浮空间机器人的等效模型,建立了自由漂浮空间机器人的运动学方程.在此模型基础上,对加速隐式近似线性规划方法(AIALPA)进行了改进,提出一种新的更高效的避动力学奇异的逆运动学算法.把自由漂浮... 基于虚拟机械臂(VM)建模方法,构造了自由漂浮空间机器人的等效模型,建立了自由漂浮空间机器人的运动学方程.在此模型基础上,对加速隐式近似线性规划方法(AIALPA)进行了改进,提出一种新的更高效的避动力学奇异的逆运动学算法.把自由漂浮空间机器人避动力学奇异问题转化为避虚拟机械臂的运动学奇异问题.算例验证了算法的有效性,结果表明该算法和AIALPA算法得到相同的关节运动曲线,而所需的迭代次数大约是AIALPA算法的1/2. 展开更多

关键词 自由漂浮空间机器人 逆运动学 动力学奇异 虚拟机械臂 SVD分解 雅可比矩阵

原文传递

基于DSP/FPGA的模块化柔性关节轻型机械臂 被引量：2

11

作者 熊根良 谢宗武 刘宏 《机械与电子》 2010年第6期48-53,共6页

介绍了模块化柔性关节轻型机械臂的机械系统设计、传感器系统设计以及电气系统设计.整个机械结构设计与电气设计实现了机械臂的轻型化,提高了其负载/自重比.针对关节柔性的存在,给控制带来的巨大挑战,设计了基于DSP/FPGA的硬件结构,用... 介绍了模块化柔性关节轻型机械臂的机械系统设计、传感器系统设计以及电气系统设计.整个机械结构设计与电气设计实现了机械臂的轻型化,提高了其负载/自重比.针对关节柔性的存在,给控制带来的巨大挑战,设计了基于DSP/FPGA的硬件结构,用来实现柔性关节轻型机械臂的实时控制与柔顺控制. 展开更多

关键词 模块化 柔性关节 轻型机械臂 谐波齿轮 DSP/FPGA

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新型仿人型假手及肌电控制研究

12

作者 杨大鹏 赵京东 +2 位作者 姜力 刘荣强 刘宏 《机械与电子》 2009年第12期7-12,共6页

综述了几种新型多自由度仿人型假手的机构、传感系统,并对肌电信号控制方法进行了详细讨论.假手机构及控制的多自由度实现将逐步应用于残疾人康复工程,为其生活带来极大的便利.

关键词 假手 仿人型 肌电控制

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嵌入式人手姿态肌电模式在线识别方法

13

作者 杨大鹏 赵京东 +1 位作者 姜力 刘宏 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1060-1065,共6页

为了实现多自由度假手的肌电控制,需要嵌入式地实现先进模式识别方法.分别采用K近邻法及支持向量机分类方法,在样本充足以及相对匮乏的情况下,对实验中采集肌电信号的阈值特征集和稳态特征集进行了模式识别操作.实验结果表明,支持向量... 为了实现多自由度假手的肌电控制,需要嵌入式地实现先进模式识别方法.分别采用K近邻法及支持向量机分类方法,在样本充足以及相对匮乏的情况下,对实验中采集肌电信号的阈值特征集和稳态特征集进行了模式识别操作.实验结果表明,支持向量机的方法要明显优于近邻法,采用阈值数据作为训练样本要比稳态数据实时识别效果好.给出了一种在DSP内基于支持向量机进行10种人手姿态肌电模式的在线识别方法,识别率在95%以上,决策频率约为30Hz. 展开更多

关键词 肌电信号 模式识别 支持向量机

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一种前馈补偿和模糊滑模相结合的柔性机械臂控制 被引量：12

14

作者 党进 倪风雷 +1 位作者 刘业超 刘宏 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期75-80,共6页

针对柔性关节机器人控制系统中存在的扰动力、摩擦力、参数变化以及建模误差等问题,将扰动力分为确定性扰动和不确定性扰动、摩擦力分为线性和非线性部分,并在此基础上提出了一种前馈补偿和模糊滑模相结合的鲁棒控制器.机器人自身结构... 针对柔性关节机器人控制系统中存在的扰动力、摩擦力、参数变化以及建模误差等问题,将扰动力分为确定性扰动和不确定性扰动、摩擦力分为线性和非线性部分,并在此基础上提出了一种前馈补偿和模糊滑模相结合的鲁棒控制器.机器人自身结构的相关量、确定性扰动以及摩擦力的线性部分,可以通过控制器的计算力矩和前馈补偿部分进行有效控制,并通过模糊滑模控制器来克服外界的不确定性扰动、摩擦力的非线性部分、参数变化以及建模误差等.在HIT四自由度柔性机械臂上进行了控制器的相关实验,实验结果表明,该控制器具有良好的位置跟踪性能和较强的抗干扰能力. 展开更多

关键词 柔性机械臂 前馈补偿 模糊滑模 控制器

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基于自适应模糊滑模的柔性机械臂控制 被引量：8

15

作者 党进 倪风雷 +1 位作者 刘业超 刘宏 《四川大学学报（工程科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期234-240,共7页

针对柔性关节机器人控制系统中存在的扰动力、摩擦力、参数变化以及建模误差等导致的控制器精度降低、鲁棒性差的问题,提出了1种基于自适应模糊滑模的鲁棒控制器。控制器由2部分组成,控制器的计算力矩和前馈补偿部分用于控制系统的标称... 针对柔性关节机器人控制系统中存在的扰动力、摩擦力、参数变化以及建模误差等导致的控制器精度降低、鲁棒性差的问题,提出了1种基于自适应模糊滑模的鲁棒控制器。控制器由2部分组成,控制器的计算力矩和前馈补偿部分用于控制系统的标称部分,即机器人自身结构相关量、确定性扰动以及摩擦力的线性部分;控制器的自适应模糊滑模部分用于克服系统存在的不确定部分,包括外界不确定性扰动、摩擦力的非线性部分、参数变化以及建模误差等。最后在HIT四自由度柔性机械臂上进行了控制器的相关实验。实验结果表明该控制器具有良好的位置跟踪性能和较强的抗干扰能力。 展开更多

关键词 柔性机械臂 自适应模糊滑模 非线性系统 不确定性扰动

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三手指空间机器人末端执行器的柔顺抓握策略 被引量：8

16

作者 张庆利 倪风雷 +2 位作者 朱映远 党进 刘宏 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期427-433,共7页

空间机器人在抓握物体时,末端执行器与目标物体之间因接触碰撞而产生的扰动力可能会造成机械臂抖动和位姿改变,甚至将目标物体弹出捕获区,造成捕获失败.针对这一问题,首先介绍了哈尔滨工业大学(HIT)自行研制的三于指空间机器人末端执行... 空间机器人在抓握物体时,末端执行器与目标物体之间因接触碰撞而产生的扰动力可能会造成机械臂抖动和位姿改变,甚至将目标物体弹出捕获区,造成捕获失败.针对这一问题,首先介绍了哈尔滨工业大学(HIT)自行研制的三于指空间机器人末端执行器,对末端执行器抓握目标物体过程中的碰撞扰动力进行了分析,提出了一种柔顺抓握策略以削弱抓握目标物体时产生的碰撞扰动力,并设计了一种新的基于前馈补偿和模糊滑模相结合的控制器.末端作用器自身结构的相关量、确定性扰动以及摩擦力的线性部分等可以通过数学建模和离线实验测量得到,通过前馈补偿进行有效控制;对于摩擦非线性部分、未知扰动、于指抓握时的碰撞力等不确定量,引入模糊控制规则对其进行补偿.采用HIT在轨自维护机械臂和三手指空间机器人末端执行器在空间微重力运动平台上进行了抓握实验,实验结果表明设计的控制器和提出的抓握策略能够有效削弱抓握过程中的扰动力. 展开更多

关键词 空间机器人 柔顺抓握 交互碰撞 扰动力 三手指末端执行器

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基于新型补偿控制策略的柔性关节控制器设计 被引量：5

17

作者 党进 倪风雷 +1 位作者 刘业超 刘宏 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2011年第2期150-155,共6页

柔性关节机器人控制系统中存在不确定性扰动、摩擦力、参数变化以及建模误差等问题,而常规PID控制无法兼顾稳定性和控制精度的要求,为此设计了一种基于新型补偿控制策略的柔性关节鲁棒控制器.控制器设计中,将摩擦力分为线性和非线性两部... 柔性关节机器人控制系统中存在不确定性扰动、摩擦力、参数变化以及建模误差等问题,而常规PID控制无法兼顾稳定性和控制精度的要求,为此设计了一种基于新型补偿控制策略的柔性关节鲁棒控制器.控制器设计中,将摩擦力分为线性和非线性两部分,扰动分为确定性和不确定性两部分;机器人自身结构相关量、确定性扰动以及摩擦力的线性部分可以通过前馈补偿器进行有效控制;摩擦力的非线性部分、系统参数变化、不确定性扰动以及建模误差等通过所提的反馈补偿器补偿;并应用李亚普诺夫稳定性理论证明了该控制器的稳定性.最后在HIT四自由度柔性机械臂上进行了该控制器的相关实验,实验结果表明该控制器具有良好的位置跟踪性能和鲁棒性. 展开更多

关键词 柔性关节 摩擦 扰动 补偿 鲁棒控制

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基于连杆力矩传感器动态补偿的机器人灵巧手笛卡儿阻抗控制 被引量：5

18

作者 张元飞 刘伊威 +1 位作者 金明河 刘宏 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2012年第1期22-31,共10页

为了对连杆空间力矩传感器进行动态补偿,提出了适用于求取串联机器人任意连杆中任意一点处所受的内力和内力矩的算法.该算法采用连杆假想截断原理利用牛顿-欧拉方程推导而出.推导过程综合考虑了串联机器人是否处于静态以及末端是否受外... 为了对连杆空间力矩传感器进行动态补偿,提出了适用于求取串联机器人任意连杆中任意一点处所受的内力和内力矩的算法.该算法采用连杆假想截断原理利用牛顿-欧拉方程推导而出.推导过程综合考虑了串联机器人是否处于静态以及末端是否受外力作用的情况,以及串联机器人的关节是否是回转关节的情况.然后利用该算法计算动态补偿值,构建了基于连杆力矩传感器动态补偿的笛卡儿阻抗控制器.最后在HIT/DLR Hand II五指灵巧手上进行了实验验证.实验结果一方面验证了该算法的有效性,另一方面也验证了本文所构建的笛卡儿阻抗控制器的有效性. 展开更多

关键词 机器人灵巧手 阻抗控制 动态补偿 触觉传感器

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