针对液压机械臂中存在的高度非线性、未建模摩擦力、外部随机干扰等问题,建立液压机械臂动力学模型,提出一种基于非线性干扰观测器的反演鲁棒控制方法。非线性干扰观测器可以对系统中存在的干扰进行观测与补偿,从而提高反演鲁棒控制器的控制性能。对所提控制方法的稳定性进行理论推导与分析,并通过AMESim、MATLAB/Simulink联合仿真验证其有效性。仿真研究表明该控制方法能够准确观测与补偿未知干扰,控制效果明显优于PID以及反演鲁棒控制。

【目的】液压机械臂具备负载能力强、响应速度快、无极调速范围大、受辐射电磁干扰小等特点,被广泛应用于隧道掘进装备、桥梁建设装备等交通基础设施建设领域。文章旨在总结液压机械臂的接触作业控制方法,介绍力与位置精确协调控制方法,最后对其未来的研究方向提出展望。【方法】在实际工程应用中,液压机械臂常常要与外界环境进行接触,而其接触作业控制涉及与位置的精确协调控制,而力与位置的精确控制需要精准的动力学模型和末端力的精准估计。【结果】国内外学者针对力与位置精确协调控制进行深入研究,在实现液压机械臂稳定、准确、安全接触作业取得了一些重要的研究成果。【结论】针对这些成果,阐述了液压机械臂在动力学建模、动力学参数辨识、末端接触力估计方法和柔顺控制等方面的研究内容,并且对下一步的研究提出了...

为了提高液压机械臂的人机物理接触安全性,本文提出一种基于碰撞检测算法的柔顺性评价方法,首先设计了一种动量偏差观测器用于在无外加传感器的条件下间接获取碰撞力,然后借助机械臂碰撞仿真系统对动量偏差观测器的有效性进行验证,最后建立了外力矩观测值与机械臂柔顺性相关参数的多元非线性回归模型。结果表明,通过动量偏差观测器能够准确观测机械臂碰撞力的变化情况,且外力矩观测值与机械臂柔顺性相关参数之间存在明显的函数拟合关系,利用其可对液压机械臂柔顺性进行有效评价。

本文设计以52单片机为核心的闭环控制系统,以解决多关节液压臂开度低的问题,通过上位机的图形接口输入控制数据。控制数据通过链路传送到中央单元,操纵器的运动由电磁阀控制,利用微处理器实时采集各连接点的运动角度,进行反馈控制,减小机械手的运动误差形成闭环控制系统。

针对具有摩擦和负载等不确定性的液压机械臂轨迹跟踪控制问题,建立机械臂机械系统、液压系统的数学模型,基于李亚普洛夫函数,提出一种模糊补偿策略进行控制,构造模糊系统逼近摩擦力和负载,应用流量补偿器消除负载压力变化对伺服阀性能的影响,应用重力补偿器消除负载质量变化时对系统性能的影响.仿真结果表明,设计的控制器可以使机械臂关节较好追踪期望轨迹,优于传统模糊控制和PD(proportional-differential)控制,最后模拟了3种负载工况,分析了控制器的补偿极限,为后续研究奠定了基础.

针对车载机械臂在重载长行程工作条件下由于机械臂柔性引起的末端定位问题,建立了机械臂的柔性误差模型,将该误差模型引入机械臂末端位姿实时控制中,提出了一种提高末端定位精度的柔性误差补偿策略,从而有效地提高了机械臂的末端定位精度。

本文引入非接触阻抗控制理论对间接自适应阻抗控制进行改进从而获得非接触自适应阻抗控制。借助MATLAB/simulink仿真平台,将非接触自适应阻抗控制作为液压机械臂的主动柔顺控制并与关节的被动柔顺控制相结合,从而实现对关节的主、被动联合柔顺控制。仿真结果表明,主、被动联合柔顺控制效果较理想,可使机械臂在与环境接触时兼具较好的运动性能与较高的安全性能。

针对串并混联液压臂中因结构耦合和系统非线性导致其末端位置控制精度差的问题,基于虚拟分解建模方法和液压系统控制理论,提出了一种混联液压臂的高精度运动控制方法。该方法通过对系统进行精确建模,消除了传统液压臂控制方法由于忽略结构耦合和系统非线性而引入的误差,从而提高了运动控制精度。首先,将混联液压臂复杂的串并联驱动结构分为摆动缸驱动的开链结构、活塞缸驱动的闭链结构和活塞缸驱动的并联结构3类,并根据3类结构的特征将机械臂进一步虚拟分割成简单的子系统;然后,根据刚体动力学方程和流量连续方程分别建立了各子系统的动力学模型和液压执行器驱动模型,通过引入基于模型的前馈控制量和实时位置误差的反馈控制量设计了面向混联液压机械臂的高精度运动控制器。在七自由度混联液压机械臂试验平台上对该方法的有...

核电及核化工行业传统的吊车吊运作业不能满足废料桶堆码复杂、状态未知的情况,针对上述问题,设计了一种适合核化环境耐辐照及耐腐蚀的远距离操作关节液压机械臂,实现了对废料桶的辅助定位与扶正,满足废料桶的回取任务。为了验证设计的合理性,通过Matlab进行机械臂运动学的仿真验证,确定其工作空间,确保能满足要求;通过Adams建立机械臂与夹爪的虚拟样机模型,得到机械臂各个关节油缸的驱动力、驱动力矩,为其驱动原件选型提供参考,验证机械臂夹爪的夹持力。

针对电液系统能量效率过低的问题,以一款多自由度液压机械臂为研究对象,提出了一种可变溢流压力的非线性控制策略,实现电液机械臂位置跟踪的同时,降低系统的能量消耗。同时考虑了液压系统动态特性与机械臂动力学,建立了电液机械臂的数学模型,基于该模型搭建了动态面非线性控制器。通过模型中位移与压力的关系,反推出理想位移对应的理论溢流压力,由该压力控制比例溢流阀,实现可变溢流压力。通过仿真对比分析,该控制策略在保证液压机械臂位