空间机器人抓捕非合作目标的自主强化学习控制

近年来,空间机器人在轨服务已成为许多国家的研究热点.本文针对空间机器人抓捕非合作目标任务,提出了一种强化学习控制与PD控制组成的双回路控制方法,对空间机器人基座平台姿态与机械臂运动进行控制.首先,对空间机器人的空间任务进行分析,建立包含基座平台姿态与机械臂运动的空间机器人耦合动力学模型;然后,设计双回路控制系统分别对机械臂运动与基座平台姿态进行控制,内回路中将强化学习与模糊理论结合在一起设计控制器对机械臂末端运动进行控制,外回路中采用PD控制对基座平台姿态进行稳定控制;最后,使用所提控制方法进行数值仿真,并与传统PD控制方法作对比,验证所提控制方法的有效性.结果表明,强化学习控制下的机械臂运动过程平稳、控制精度高,与传统PD控制方法相比,具有一定的自主学习性,更加适应抓捕目标的非合作特性.     

不确定机械臂的组合自适应迭代学习轨迹跟踪

针对一类同时含未知时变和未知定常参数、并带有可重复时变干扰的不确定机械臂系统,为精确跟踪期望轨迹并加快跟踪误差的收敛速度,提出了一种具有抗扰能力的机械臂组合自适应迭代学习控制算法.对未知定常参数和未知时变参数,分别采用时域和迭代域的参数自适应迭代学习律,并基于估计参数设计了机械臂的自适应迭代学习轨迹跟踪控制律.利用相似李亚普诺夫函数证明了轨迹跟踪误差的收敛性.针对二自由度关节式机械臂的仿真结果表明,应用所提算法可实现精确的轨迹跟踪,并加快迭代学习的收敛速度.     

基于迭代学习的三自由度机械臂轨迹跟踪控制

针对用于三自由度机械臂各关节末端轨迹跟踪控制的非线性系统在扰动存在的情况下跟踪效率较低的问题,提出一种变增益迭代学习控制律.利用拉格朗日法建立动力学方程,设计三自由度机械臂结构的变增益迭代学习控制器并进行收敛性分析,通过Matlab的Simulink仿真模块,构建三自由度机械臂控制系统仿真图,进行闭环定常PD(Prop...     

核电站蒸汽发生器维修机器人控制系统设计

针对一种用于核电站蒸汽发生器水室内辅助检修任务的6自由度作业机械臂,对其控制系统和运动轨迹规划进行设计研究.分析作业机械臂的工作环境和检修任务需求,设计了机器人的控制系统;对作业机械臂进行关节空间轨迹规划和笛卡尔坐标系轨迹规划,实现作业机械臂的点对点运动和连续路径运动,并利用深度相机和霍夫变换圆检测原理实现作业机械臂末端对管板圆孔的定位;对作业机械臂进行了轨迹规划运动实验和圆孔定位实验,结果表明,作业机械臂能够实现直线、圆弧轨迹运动和管板圆孔识别定位,满足蒸汽发生器的全方位检修要求.     

基于迭代学习算法的机械臂系统轨迹跟踪控制

针对平面二自由度机械臂这一非线性系统,设计了带初态学习的指数变增益D型迭代学习律,并给出收敛性证明.仿真结果表明,迭代学习控制对于诸如二自由度机械臂系统这类具有重复运动性质的被控对象具有很好的控制效果.设计带初态学习的指数变增益D型学习律,系统不仅在存在初态偏移的情况下实现了机械臂期望轨迹的完全跟踪,还加快了收敛速度,增强了迭代学习控制的鲁棒性.     

基于扩张状态观测器的机械臂分散自适应模糊控制

针对机械臂控制中各子系统间交联项难于处理的问题,提出了一种基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)和模糊策略的分散控制方法.将机械臂系统考虑为各关节交联子系统的集合,采用扩张状态观测器去实时估计机械臂各关节间的状态、耦合交联项及非线性项,利用模糊系统去逼近机械臂动力学模型中的建模不确定项,从而设计分散自适应模糊控制器以实现机械臂的轨迹跟踪控制,给出了控制器中参数的自适应更新律,并对该控制器进行了Lya-punov稳定性分析.最后将该方法应用于一个4自由度机械臂的轨迹跟踪控制中,仿真结果表明了该方法对处理耦合交联项及在各关节轨迹跟踪控制中的有效性.     

基于双目视觉的服务机器人仿人机械臂控制

机械臂逆运动学、目标识别与定位是服务机器人手臂控制中的关键技术.为了更好地与复杂多变的非结构化环境进行交互,提出一种应用于服务机器人平台的基于双目视觉的仿人机械臂控制方法.给出一种针对6自由度手臂的逆解算法,并采用基于双目视觉与颜色分割的目标识别方法.然后,根据识别出的目标三维坐标信息控制机械臂完成特定任务.本方法在家庭服务机器人上得到了验证.     

基于语音和图像的机器人学习系统研究

目前,大部分机器人通过在线编程的方式来完成预先设定的功能,但是智能化水平相对有限,无法主动学习新的任务和应对新的环境.设计一个基于语音交互和神经网络的机器人自主学习系统,一方面系统根据任务需求,利用Kinect深度传感器采集目标的颜色和深度信息进行目标的检测和特征提取,通过语音识别自动生成神经网络模型的训练样本,用于训练和更新神经网络模型;另一方面基于神经网络模型识别目标,通过自然的语音交互方式控制机器人的运动.通过仿真和真实机器人实验验证了自动训练未知事物模型的机器人学习系统的可行性,其中还对机械臂进行了坐标校正和轨迹规划,这样无论是在笛卡尔空间还是在关节空间内,机械臂都能平滑稳定地运动,保证了路径的平滑和工作的安全性.实验结果表明,基于本文设计的自主学习系统可以快速学习和完成新的任务,具有很好的扩展性,适用于不同的任务需求的应用场景.     

面向旋翼飞行器的仿生机械臂终端滑模控制

为满足不断增长的空中作业需求,提出一种面向旋翼飞行器的仿生机械臂,并针对仿生机械臂的控制问题,设计一种基于时延估计及模糊自适应增益调整的非奇异终端滑模控制器,该方法采用时延估计技术对仿生飞行机械臂系统的未知动力学参数进行估计,不需要精确的动力学模型,更具实用性.控制器的主要部分是非奇异终端滑模,在时延估计误差和外界干扰...     

基于CAN总线通讯的机械臂控制系统设计

多关节机械臂在工业自动化中有着广泛的应用.介绍了多关节机械臂系统的原理及实现,阐述了本机械臂的控制系统硬件设计,详细分析了机械臂通信模块设计和基于SJA1000的CAN总线建立通信的过程,试验表明这种控制方式能很好地控制多关节机械臂的运动.     

基于CAN现场总线仿人机器人机械臂分布式控制的研究与设计

基于仿人机器人机械臂的高度实时性和极强的抗干扰性的特点,设计出了基于CAN现场总线仿人机器人机械臂分布式控制系统,利用C8051F041微控制器作为关节分布式控制器,并设计增量码盘和速度检测电路以及相应的软件等,完成了仿人机器人机械臂6个自由度的设计,对机械臂运动轨迹的控制达到了可靠性、实时性和稳定性的要求.     

基于Leap Motion的仿生机械臂交互控制系统研制

针对目前仿生机械臂控制系统在自然交互性和效率方面存在的问题,该文设计了一种基于Leap Motion体感技术的仿生机械臂控制系统。采用Leap Motion对操作者手部关键点空间坐标进行采集,提出了一种新型的手部姿态算法,将空间坐标转化为手部的角度参数,控制机械臂完成同步仿生运动。实验测试结果表明,该系统可实时控制机械臂较为准确地模拟人体手臂的大多数动作。     

伸缩臂高空作业车轨迹跟踪控制方法研究

给出了一种伸缩臂高空作业车的作业平台轨迹跟踪控制方法.通过对液压动力系统及液压比例流量阀的特性研究,结合某伸缩臂式高空作业车的结构特点,提出了一种基于机械臂油压系统的控制模型,针对该模型设计了PID控制器,实现了作业平台的轨迹跟踪控制.采用所提出的控制方法,在某伸缩臂式高空作业车样机上进行了实验,成功实现了对高空作业臂...     

一种基于强化学习的CDN流量调度系统设计方法

针对传统的CDN流量调度系统大多采用启发式方法或规划方法,存在维护成本高,实时性不足等缺点,提出一种基于深度强化学习的CDN流量调度系统设计框架.该框架基于马尔科夫链设计了故障告警网络来触发调度,建立了基于stacking模型的质量评估奖励函数,并在此基础上对流量调度进行定义和建模,构建了基于DQN的深度强化学习模型....     

基于变异粒子群优化的在线手眼标定算法

为满足机械臂手眼标定过程中不依赖人工提供固定机械臂路径的要求,提出一种基于变异粒子群优化的在线手眼标定算法.通过分析特征点在机械臂极坐标系与深度相机坐标系下的坐标转换关系,建立了基于深度相机的手眼模型;采用基于变异粒子群的在线优化算法,实时估计手眼关系参数;建立机械臂运动能量函数,给出了机械臂位姿补偿方法,满足特征点视野约束的同时保证运动能量最小.实验结果表明:所提方法能较为精确地估计手眼关系参数,并且能实时补偿机械臂位姿,实现自动手眼标定功能.     

基于高斯RBF神经网络的可伸缩机械臂系统动态建模与仿真

设计了一种新的多模块机器人机械臂系统,该机械臂的每个模块具有可伸缩杆和旋转节两部分.为了进行有效控制,给出了系统的解析公式和机械臂自适应控制的相关技术.使用高斯函数的RBF神经网络对系统的动态方程参数进行了估计,使用李亚普诺夫稳定性分析确定神经网络权重的自适应修正规则,并给出了相应的自适应控制器模型.对该机械臂系统的控制进行了计算机仿真分析,结果表明:该方法在响应时间和控制精度方面都有提高,并且在有负载等非线性事件突然干扰的情况下亦能进行有效控制.     

无末端力传感器的可重构机械臂分散力控制

针对存在关节摩擦和外扰的可重构机械臂系统在受限空间内的力控制问题,提出一种无需使用力传感器即可同时控制受限空间内机械臂力和位置的分散阻抗内环/力外环控制方案.采用模糊系统逼近机械臂系统中的不确定项及子系统间的耦合关联项,通过基于模糊预测的力外环控制器为内环的阻抗控制器提供参考轨迹,并利用模糊系统逼近实际的接触力.该方案为没有力传感器情况下的可重构机械臂的力控制提供了一种可能的解决方案,且模糊预测调节参考轨迹的阻抗内环控制使机械臂具有一定的柔顺性,能较好地实现机械臂由自由空间向受限空间的过渡.通过对2自由度平面机械臂和3自由度机械臂的仿真验证了该方法的有效性.     

线驱连续型机械臂无模型自适应控制

针对连续型机械臂建模与控制问题,提出了一种基于无模型自适应控制的线驱连续型机械臂末端三维空间位置控制算法．根据机械臂驱动线缆长度变化和末端位置,采用紧格式动态线性化方法,将连续型机械臂的复杂非线性模型等价为增量式动态线性时变模型,在此基础上,设计了伪雅可比矩阵估计及重置算法及末端位置无模型自适应控制算法,具有不依赖系统数学模型和控制器参数自适应的优点．建立了连续型机械臂的ADAMS虚拟样机,并与Matlab进行联合仿真,验证了所提方法的有效性．     

采用摩擦补偿的弹药传输机械臂自适应终端滑模控制

为处理某自行火炮弹药传输机械臂系统在负载变化和非线性摩擦干扰情况下的快速定位控制问题,构造了一种结合自适应思想的新型非奇异快速终端滑模控制策略.建立了负载变化及非线性摩擦干扰情况下的弹药传输机械臂动力学方程.为避免控制器产生奇异问题和改进控制器到达滑模面的速度,采用一种新型非奇异快速终端滑模控制策略,设计了弹药传输机械臂的控制律.针对系统不确定上界难以确定的问题,采用自适应律估计系统的不确定上界,并利用Lyapunov准则证明了系统状态的有限时间收敛.为实现系统非线性摩擦补偿控制,使用遗传算法对建立的Stribeck模型进行参数辨识.不同负载工况下弹药传输机械臂实验结果表明:文中设计的控制器实现了负载变化和非线性摩擦情况下弹药传输机械臂的快速准确定位,具有良好的鲁棒性,控制策略合理有效.     

大范围视觉伺服方法在空间机器人上的应用

为了克服人工维护卫星危险性高及成本昂贵等种种弊端,采用在卫星主体上安装一个空间机械臂、臂的末端安装单目摄像机的方法,无需远程遥操作控制,即可利用手眼视觉控制机械臂完成卫星的自我维护.在传统的基于位置的视觉伺服(PBVS)与基于图像的视觉伺服(IBVS)基础上,提出一种复合视觉伺服控制方法,通过在线估计目标的深度和旋转姿态来选择PBVS和IBVS控制器.该方法既具有两种伺服方法各自的优点,又保证了图像空间与笛卡尔空间轨迹的可控性.大范围运动(尤其是涉及到旋转伺服)时选择PBVS控制器,小范围运动时则使用IBVS控制器,从而实现了空间机器人的大范围完全自主视觉伺服控制.针对空间环境的特殊性,设计并实现了一种合作目标识别方法,确保了伺服系统能够在复杂的环境下快速稳定地提取伺服特征.实验结果表明,该方法在进行大范围视觉伺服时,伺服定位准确,对采样和标定误差具有鲁棒性.