冗余驱动

摘要： 动力学分析是机器人评估运动性能以及实施运动控制的关键,由于四足爬壁机器人的多运动链结构和闭链约束,运动学分析较为困难。为此,本文提出以虚功原理求解四足磁吸附爬壁机器人的稳定性与动力学。求解动力学方程,利用优化理论设计驱动力二次规划方法,通过最小功率原则计算关节驱动力,并验证其合理性。设计仿真实验,通过PID控制,采用Matlab与ADAMS联合仿真。仿真结果表明:该控制方案具有较高的跟踪性能和控制精度,负载在350 N及以下时,机器人不会发生滑移,并验证了冗余驱动下驱动力求解的正确性。

摘要： 针对越野车辆发动机动态性能测试需求,综合出了一种基于新型2UPS-2RPU-PU*冗余驱动并联机构的模拟平台。运用螺旋理论研究并联机构连续转轴存在且通过动平台中心的条件,提出一种具有连续转轴的2R1T并联机构综合方法,综合并优选出新构型2RPU-PU-UPS,该机构能够实现惯性较小的连续转动;分析机构的自由度性质和运动特性,证明该机构可以实现发动机不同工况下的运动耦合,更加接近实际路况;根据模拟平台重载需求,添加了无约束分支,并设计了剪叉机构分支,最终得到2UPS-2RPU-PU*机构;推导该机构的位置正、反解,并分析其工作空间和奇异性。所提出的构型有助于拓宽并联机构在模拟平台领域的应用,运动学分析对后续样机研制具有一定参考价值。

摘要： 由于精度高、有效载荷大和具有高速运动能力,Gough-Stewart平台被广泛用于运动模拟器。当负载很重时,液压缸的驱动力会很大。为了减小液压缸的驱动力,文中采用6+3型液压冗余驱动六自由度运动模拟平台。首先利用凯恩方法建立了动力学模型,然后提出了一种利用多目标进化算法NSGA-Ⅱ对6+3型液压冗余驱动六自由度运动模拟平台进行优化的设计方法。通过应用所提出的优化设计方法,能够得到多组最优参数。最后通过一个工程设计案例,对非冗余驱动和冗余驱动六自由度运动模拟平台的驱动力进行了比较。

摘要： 为了解决并联机构引入冗余驱动造成驱动力求解不唯一,可能引起内力对抗的问题,对冗余驱动并联机构的动力学建模和驱动力优化进行了研究。首先,以3RRR冗余驱动并联机构为例,基于闭环矢量法确定了机构的位移、速度关系;然后,为克服牛顿-欧拉法方程多、计算量大,以及欧拉-拉格朗日法计算量大、实时性差的问题,基于螺旋理论,提出了应用自然正交补方法建立机构的动力学模型,推导了机构的逆动力学方程;最后,采用无穷大范数法,以最小化最大驱动力为目标优化驱动力,并通过圆轨迹跟踪对其进行了仿真。研究结果表明:应用自然正交补方法建立冗余驱动并联机构的模型,采用最小化最大驱动力优化,将最大驱动器功率由1.5 Nm降低到1.2 Nm,驱动器功率降低了20%;该方法具有形式简洁、系统高效、中间变量少的优点,对冗余驱动机构的建模和后续控制律开发具有较大的参考价值。

摘要： 冗余的驱动力合理分配,可大幅度提高并联机构承载能力.针对某型号战车的运动模拟需求,构造了一种电动液压混合驱动的12UPS并联机构.提出以零内力为约束条件的驱动力优化分配方法,并以驱动力加权平方和最小为目标,基于该机构的动力学平衡方程,应用库恩—图克定理研究机构的驱动力优化过程.数值算例表明零内力条件下以驱动功率平方和最小为目标的优化方法最佳.该优化方式能够充分发挥电动、液压驱动各自的优点而避免其缺点,适用于电液混合驱动的冗余并联运动模拟台.

摘要： 为了提高一种面向在轨装配的索并联机构的工作性能,提出了变刚度控制算法.建立了索并联机构的完整刚度模型,分析了绳索张力分布对不同方向刚度的影响.然后,考虑影响绳索张力分布的矢量λ的安全边界,建立了变刚度控制算法,该算法消除了刚度模型中对整体影响较小的耦合刚度,提高了计算效率,并且通过分配权重的方式对不同方向的刚度进行不同优先级的控制.最后,通过仿真与实验对变刚度控制算法的效果进行了验证.以旋拧操作为例,仿真结果表明:在对运动平台施加一定扰动力时,采用变刚度控制算法求解出的索力分布使薄弱方向的振动降低了35％.样机实验结果表明,在对索并联机构样机进行刚度控制后,刚度的测量值与理论值具有较强的拟合性,误差分别为16.3％和14.6％.变刚度控制算法可以提高索并联机构的工作性能,具有较强的实用性,并且可以用于不同类型的冗余索并联机构中.

摘要： 提出一种冗余驱动的三平动并联机构.利用李群理论和修正的Grübler-Kutzbach公式对机构的输出自由度进行了分析.建立机构的位置方程,得到位置逆解和正解表达式,分析机构的运动部分解耦特性.推导机构的雅可比矩阵,并进行奇异分析.分析机构的工作空间.采用螺旋理论和虚功原理,建立机构的动力学模型,得到驱动力的优化分配,驱动力理论分析与仿真计算结果最大偏差为0.6％.建立机构的运动学评价指标和动力学评价指标,并研究尺度参数与机构性能间的映射关系.基于性能图谱对机构的尺度参数进行优化,提高其综合性能.

摘要： 冗余驱动并联机构是一类包含冗余驱动支链的特殊的并联机构.冗余驱动并联机构在工作空间、奇异位形以及刚度等性能方面有显著优势,但是也存在多自由度、非线性且耦合性强等缺陷.本文分析了冗余驱动并联机构的构型综合、刚度与稳定性、运动学与动力学、控制等性能特征,并探讨了冗余驱动并联机构在并联机床、医疗康复机器人以及移动机器人等领域的应用.为充分发挥冗余驱动并联机构的性能优势,需要进一步突破冗余驱动并联机构的解耦及优化等关键技术问题.

摘要： 针对自动鞋面印花机在进行对版时定位精度低,影响鞋面印刷质量的问题,提出了基于冗余驱动的印花机对位平台.在原有的三轴并联机构对位平台的基础上通过增加1个Y轴,有效地提高了对位平台Y向的刚度和承载能力,从而提高了印花机对位平台的定位精度.由于冗余驱动机构运动过程中存在机构运动耦合,利用几何法进行解耦,提出了基于电子凸轮的控制策略.同时提出了对机构换向间隙补偿的控制策略,进一步提高对位平台的定位精度,保证了鞋面的印刷质量.经过实验验证,改进后的印花机对位平台Y向定位精度提高了85.7％,Z向旋转定位精度提高了72.9％,X向和Y向换向间隙分别提高了50％ 和75％,Z向旋转换向间隙提高了42.86％.

摘要： 以平面冗余驱动并联机器人为研究对象,利用Udwadia-Kalaba(U-K)方法,将并联机构的物理连接抽象成系统约束,建立了平面2自由度冗余驱动并联机器人的闭链运动方程.首先,将2自由度冗余驱动并联机器人分割成3个无约束开链子系统,子系统的动力学方程由Lagrange法获得;然后,采用运动学约束来描述各子系统和末端执行器、子系统与基座之间的物理连接.对约束进行微分,并转化为二阶Pfaffian标准微分形式,通过应用U-K方程,可以获得满足该物理约束的约束力的解析解.根据U-K理论,将该约束力附加到无约束开链系统方程即可建立平面冗余驱动并联机器人的动力学模型.在轨迹跟踪控制器设计中,将期望的位置或者速度轨迹抽象成虚拟约束,并将约束条件转化为Pfaffian标准微分形式,再通过U-K方程求解各驱动关节满足给定轨迹约束所需要的输出力矩.该方法不需要Lagrange乘子或伪广义速度等辅助变量,并可以同时处理完整约束和非完整约束.数值模拟和分析结果表明,该建模与控制方法能够高效、系统、快速地建立平面2自由度冗余驱动并联机器人的动力学解析解耦模型,实现给定轨迹的高精度跟踪控制.

摘要： 航天用的空间展开机构要求其关节驱动系统具有较高的可靠性，采用冗余驱动是提高可靠性的有效措施。提出并设计了一种冗余驱动用差动轮系式切换传动机构，为了减少该机构的体积和质量，建立了轮系的多目标优化模型，利用Matlab进行了优化计算，并通过实例验证了优化模型和计算方法的有效性；最后根据优化结果设计并制作了原理样机，给出了样机的部分性能测试结果。

摘要： 本文主要论述了并联机构的奇异点分析及其设计的几何分析方法,进行了冗余驱动并联机构运动学及动力学研究,提出了控制方案和控制策略,采用高速高精度运动控制器实现了并联机构双闭环点位控制应用.

摘要： 并联机构具有高精度、高刚度、承载能力高和运动惯性低等优点,同时也存在一系列难以克服的缺点,如位置和姿态工作空间小、结构容易干涉、运动灵活低等,这些缺点成了并联机器人广泛应用的瓶颈之一.本项目研究冗余并联机构设计理论和方法,采用冗余驱动和冗余结构的方法达到克服并联机构的部分缺点,保持其优点的目的,以提升并联机构的性能,为研制和开发基于并联机构的高性能技术装备奠定良好的理论基础.

摘要： 提出了一种基于运动学分析的冗余驱动电液振动台位姿控制策略。采用运动学正解及雅各比矩阵进行自由度信号与单缸信号之间的变换。Adams仿真分析及实验研究表明，基于运动学分析的控制策略在大位姿情况下其误差更小，运动精度更高。

摘要： 本文主要论述了并联机构奇异点的分析方法,进行了冗余驱动并联机构运动学及动力学分析,提出了控制策略,实现了并联机构点位控制应用.

摘要： 本发明公开了一种驱动冗余并联机器人的驱动力优化方法，包括如下步骤：S1：建立所述冗余并联机器人的动力学模型；S2：给定所述冗余并联机器人的末端运动轨迹，将动力学模型转换为四维空间中的直线，建立四维直线集合；S3：计算所述四维直线集合中的所有所述四维直线穿过的最小四维广义矩形，通过数值优化，得到所述冗余并联机器人的各驱动力的最小需求范围。本发明能有效解决并联构型机器人的最小驱动力需求范围计算问题，为电机选型提供更为准确的参考，降低制造成本。

摘要： 本发明涉及一种基于绳驱动冗余柔性驱动器的可穿戴下肢外骨骼机器人。本发明包括左腿与右腿两组对称设置的腿部外骨骼结构；两组腿部外骨骼结构相同均包括两个超输入柔性驱动器，两个绷带结构和一个脚底板；每个超输入柔性驱动器均包括两个通过绳连接的柔性驱动器，输出一个转动自由度；两个超输入柔性驱动器再通过机械连接装置连接；其中一个绷带结构与一个超输入柔性驱动器连接，另一个绷带与机械连接装置连接；脚底板通过转接支架与另一个超输入柔性驱动器连接。本发明一方面可以应用到军事领域，为作战士兵提供助力，提高士兵行军运动能力；另一方面，可以为中风患者提供理疗帮助，改善患者在康复过程的恢复周期。

摘要： 本发明公开了一种用于水下的冗余直流电机驱动器的冗余控制系统，包括：第一控制装置和第二控制装置；其中第一控制装置包括第一主控制器模块、第一隔离模块和第一触发器；第一主控制器模块接收负载反馈信号，同时产生第一控制模拟信号，第一隔离模块将第一控制模拟信号进行光电隔离得到第一类电机驱动信号；第一触发器将第一控制模拟信号转化为对应的控制电平信号后反馈至第一主控制器模块，当第一主控制器模块没有接收到控制电平信号时，则产生第二控制模拟信号；第二控制装置输入端连接于第一触发器和第一主控制器模块，当没有接收到第一触发器产生的控制电平信号和负载反馈信号时，第二控制装置产生第二类电机驱动信号。

摘要： 本发明公开了一种用于水下的冗余步进电机驱动器的冗余控制系统，包括：第一控制装置和第二控制装置；其中第一控制装置包括第一主控制器模块、第一隔离模块和第一触发器；第一主控制器模块产生第一脉冲驱动信号，第一隔离模块将第一脉冲驱动信号进行光电隔离得到第一类电机脉冲驱动信号；第一触发器将第一脉冲驱动信号转化为对应的控制电平信号后反馈至第一主控制器模块，当第一主控制器模块没有接收到控制电平信号时，则产生第二脉冲驱动信号；第二控制装置输入端连接于第一触发器和第一主控制器模块，当没有接收到第一触发器产生的控制电平信号时，第二控制装置产生第二类电机脉冲驱动信号。

摘要： 本申请公开了一种实现冗余配置的采集驱动集成系统和信号采集驱动装置，通过安全可靠的直插接插件，将信号采集单元板SIM与信号驱动单元板SOM做兼容设计，创新型的使采集子系统与驱动子系统共存，提高了集成系统应用的灵活性。通过采用高集成化的信号采集单元板SIM与信号驱动单元板SOM，提高了集成系统的带载能力，以致于仅仅使用同一个子架内就可以完成采集子系统的冗余配置及驱动子系统的冗余配置，便于采集或者驱动控制更多的外部设备。本发明所设计的实现冗余配置的采集驱动集成系统，使用了创新型设计的采集驱动背板IOBP，将完成冗余配置所需要的所有互联线以PCB内部走线的方式完成，减少外部配线，提高了安全性可靠性，降低成本。

摘要： 本实用新型公开了一种用于水下的冗余步进电机驱动器的冗余控制系统，包括：第一控制装置和第二控制装置；其中第一控制装置包括第一主控制器模块、第一隔离模块和第一触发器；第一主控制器模块产生第一脉冲驱动信号，第一隔离模块将第一脉冲驱动信号进行光电隔离得到第一类电机脉冲驱动信号；第一触发器将第一脉冲驱动信号转化为对应的控制电平信号后反馈至第一主控制器模块，当第一主控制器模块没有接收到控制电平信号时，则产生第二脉冲驱动信号；第二控制装置输入端连接于第一触发器和第一主控制器模块，当没有接收到第一触发器产生的控制电平信号时，第二控制装置产生第二类电机脉冲驱动信号。

摘要： 本实用新型公开了一种用于水下的冗余直流电机驱动器的冗余控制系统，包括：第一控制装置和第二控制装置；其中第一控制装置包括第一主控制器模块、第一隔离模块和第一触发器；第一主控制器模块接收负载反馈信号，同时产生第一控制模拟信号，第一隔离模块将第一控制模拟信号进行光电隔离得到第一类电机驱动信号；第一触发器将第一控制模拟信号转化为对应的控制电平信号后反馈至第一主控制器模块，当第一主控制器模块没有接收到控制电平信号时，则产生第二控制模拟信号；第二控制装置输入端连接于第一触发器和第一主控制器模块，当没有接收到第一触发器产生的控制电平信号和负载反馈信号时，第二控制装置产生第二类电机驱动信号。

摘要： 本发明公开一种既含冗余支链又含闭环单元冗余驱动并联机构，涉及机器人技术领域，主要结构包括动平台、定平台、随动平台和4个完全相同的含闭环单元支链(5RU)；其结构简单，运动副均为低副，可以降低制造成本；本发明机构既含有冗余支链又含有闭环单元，具备高冗余驱动和非常好的对称性,因此,该机构综合性能非常好；具有高刚度、大承载能力、大转角、良好驱动稳定性，大工作空间良好的力/位传递性能等性能，由于具备很好的对称性,因此运动学和动力学分析与控制比较容易。定平台上的8个对称分布的转动副均为驱动副，采用电机驱动，在8个驱动作用下实现绕动平台平面内的两转动和竖直方向移动动作。

摘要： 本发明公开一种既含冗余支链又含闭环单元冗余驱动并联机构，涉及机器人技术领域，主要结构包括动平台、定平台、随动平台和4个完全相同的含闭环单元支链(5RU)；其结构简单，运动副均为低副，可以降低制造成本；本发明机构既含有冗余支链又含有闭环单元，具备高冗余驱动和非常好的对称性,因此,该机构综合性能非常好；具有高刚度、大承载能力、大转角、良好驱动稳定性，大工作空间良好的力/位传递性能等性能，由于具备很好的对称性,因此运动学和动力学分析与控制比较容易。定平台上的8个对称分布的转动副均为驱动副，采用电机驱动，在8个驱动作用下实现绕动平台平面内的两转动和竖直方向移动动作。

摘要： 一种基于闭环数据驱动的冗余驱动轮式机器人协调控制方法，通过构建闭环数据驱动优化框架，将模型学习、协调优化与驱动控制纳入到同一闭环框架中，基于标称动力学模型和实际数据构建包含不确定性的动力学模型，利用数据驱动模型实时更新动力学模型、协调优化问题的约束条件及不变Tube的计算，有效降低不确定性对协调优化过程的影响，降低控制方法的保守性，实现各车轮的控制输入的协调分配，降低同侧车轮之间的内力损耗。