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.     

基于遗传算法优化的机器人非奇异终端滑模控制

六自由度并联机器人是一个强耦合、高度非线性的系统,针对此特性研究了非奇异终端滑模控制方法,为改善其运动品质,结合指数趋近律的思想,给出了系统的控制律.利用李雅普诺夫（Lyapunov）理论验证了存在建模误差和外部干扰时六自由度并联机器人控制系统的稳定性,确保了控制系统的鲁棒性.为了进一步减少滑模控制的抖振,提高系统收敛速度和跟踪性能,采用了遗传算法来优化非奇异滑模面和控制律的参数.仿真结果表明：提出的控制策略参数优化后能使机器人的轨迹跟踪稳态误差趋近于零、系统调整时间短、驱动器控制律平滑,达到了高性能的位姿控制.     

管道清淤机器人协调运动控制系统的设计

目的 为增强管道清淤机器人运动的协调性和可控性,设计管道清淤机器人的协调运动控制系统,并针对多电机协同运动控制提出一种基于偏差耦合协调控制策略,实现轮式行走机构驱动电机的自适应控制.方法 通过分析管道清淤机器人运动状态,自动修正机器人的运动姿态,进而完成机器人两个动力装置之间的协调运动控制;根据确定的控制算法和控制系统...     

基于四元数的6-SPS并联机器人姿态奇异研究

基于四元数描述刚体的姿态,对6-SPS并联机器人姿态奇异做了研究,避免了欧拉角描述刚体姿态时的奇异性.推导出6-SPS并联机器人动平台处于给定位置时机构在三维空间中的姿态奇异轨迹解析表达式,并利用计算机给出其姿态奇异轨迹的三维可视化描述.得到在关于姿态参数的三维空间内的原点附近存在一个非奇异姿态空间,提出在此非奇异姿态空间内部寻找一个最小内切球,并以此球半径作为衡量机构在给定位置时的姿态能力的性能指标,最后研究了机构构形以及动平台位置对姿态能力的影响.     

基于DMPs的双机器人协同搬运轨迹的学习与泛化

针对双机器人协作系统执行具有强协调约束关系的仿人任务时,存在轨迹学习复杂、协调约束分析欠缺的问题,提出了基于动态运动基元（DMPs）的双机器人协同搬运轨迹学习及泛化方法。首先,从双机器人协同搬运任务出发,分析了双机器人协调约束关系,建立了双机器人运动约束模型。然后,将机器人运动轨迹解耦为位置轨迹和姿态轨迹,采用四元数实现姿态轨迹的无奇异描述,分别建立位置轨迹和姿态轨迹的动态运动基元模型,结合双机器人运动约束模型与动态运动基元模型,兼顾各自的任务要求和相对位姿约束,进而获得双机器人的运动轨迹。接着,开展了双机器人协同搬运轨迹的仿真与实验,结果表明：采用双机器人协同搬运轨迹的学习与泛化方法,当改变起、终点状态时,双机器人定姿态协同搬运的起、终点位置误差分别为0.029 2 mm和0.112 7 mm,变姿态协同搬运的起、终点位置误差分别为0.032 3 mm和0.113 1 mm,终点的四元数姿态偏差为0.001 4、0.002 7、0.001 8、0.003 0,表明该协同搬运轨迹的学习与泛化方法具有较高的运动控制精度,即使起、终点任务参数改变,泛化轨迹仍可保证目标的可达性,验证了提出的...     

双足机器人动态步行仿人智能控制

针对双足机器人动态步行中存在的控制器复杂问题,提出了一种基于仿人智能控制的动态步行运动控制器.建立了平面五杆双足机器人动力学模型,通过模仿人类步行运动并根据动态步行过程中双腿的姿态变化,将动态步行复杂任务分解为顺序执行的4个过程,结合相平面法定性定量的分析,设计了步行运动控制模态及相应阶段的动觉智能图式群.仿真实验表明,该方法实现了双足机器人连续动态步行运动,控制方式简单易实现.     

漂浮基空间机器人姿态与末端爪手协调运动的反演滑模控制

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基空间机器人系统的控制问题.结合系统动量守恒关系及拉格朗日方法,建立了漂浮基空间机器人的运动Jacobi关系及系统动力学方程.以此为基础,借助于反演设计方法,设计出空间机器人载体姿态与机械臂末端爪手协调运动的滑模控制方案.此方案可有效地减少控制系统的在线计算时间,更能满足空间机器人这一时变系统控制的实时、在线要求.数值仿真结果证实了该控制方案的有效性.     

多翼自治水下机器人动力学建模与姿态控制

为了提高多翼自治水下机器人姿态自主控制的稳定性和控制性能,设计了基于多翼水下机器人全参数控制模型的姿态控制系统.首先对多翼自治水下机器人进行运动学和动力学分析,建立多翼自治水下机器人的全参数运动控制模型;在此基础上建立多翼自治水下机器人整体控制系统,设计基于线性二次型最优控制的多翼自治水下机器人姿态控制器;最后进行多翼自治水下机器人姿态控制仿真实验.结果表明:在给定的外界干扰下,多翼自治水下机器人能够快速稳定跟踪目标姿态,所建立的控制器以及控制模型能够满足多翼水下机器人姿态的自主控制需要,达到设计目标.     

欠驱动双足机器人稳定行走控制与策略

为了解决欠驱动双足机器人行走的控制问题,提出一种欠驱动平面双足机器人稳定步行控制方法和策略.首先,分析带有身体惯量的倒立摆模型的动力学特性,根据动力学模型和姿态信息,设计姿态稳定控制器,维持机器人身体姿态的稳定.然后,根据欠驱动量的动力学方程和行走速度反馈,设计行走速度稳定控制器.通过调整摆动腿步长的策略,实现速度稳定的连续行走.最后,在双足机器人上开展实验,验证了该控制方法和策略的有效性.     

激光共焦扫描显微镜运动控制系统设计

概述了激光共焦扫描显微镜的系统结构,以基于DSP技术的运动控制器构建其运动控制系统,详细介绍基于DSP的运动控制系统的构成.该系统采用工控机 运动控制器的双CPU结构.在软件设计上采用友好的人机界面,把系统任务按实时性和非实时性分别分配给上下位机完成.下位机完成位置控制和速度控控制,上位机实现非实时的多任务功能.     

基于六关节机械臂的推拿按摩康复机器人运动学研究

目的 将RBT-6T/S03S型6自由度工业机器人用于中医推拿按摩康复机器人的执行机构。方法 通过机器人位置反解,得出影响机器人工作空间的关节转角表达式,给出工作空间的数学描述。利用机器人运动螺旋系的线性相关性建立机器人奇异位形的判别准则,得到机器人发生奇异的运动学条件和奇异位形曲面解析方程,以避免机器人在奇异位形及其附近作业。借助MATLAB软件,探索机器人位置工作空间边界和奇异位形的分布曲面,直观地表示机器人工作空间的形状和大小,以及奇异位形对工作空间的分割情况。结果 为了满足作业任务的包容性要求,针对机器人的结构特点,提出描述机器人位置工作空间的方法。为改善当前按摩设备手法单一,无法实现适宜不同对象的个性化康复理疗方案的缺陷,设计出多关节多指推拿按摩机械手。结论 通过研究机器人手腕和多关节多指的运动学,实现了适宜个性化按摩理疗所需的手法,并为影响按摩效果的运动学和动力学刺激量的控制提供了理论基础。     

基于行为优先与任务协调的多移动机器人遥操作

针对单个操作者对多个移动机器人遥操作的困难,提出了基于行为优先和任务协调的多机器人遥操作方法. 通过引入机器人局部自主的概念,运用行为优先决策与任务协调模块使操作者和机器人共享运动控制. 建立了多机器人系统遥操作体系结构,设计了多通道人机交互接口界面. 室外实验表明,提出的方法可以实现人和机器智能的合理分配. 运用该方法,单个操作者可完成对多个移动机器人的遥操作.     

基于人体姿态信息的下肢康复机器人运动控制技术

针对下肢运动功能障碍患者术后康复训练辅助设备的跟随控制问题,本研究提出一种基于人体姿态信息的下肢康复机器人运动控制方法。根据康复机器人的结构特性和功能要求,建立机器人运动数据信息采集系统和下肢康复机器人的运动学模型;构建机器人平台上的人体姿态行为信息采集传感器系统,通过分析位移传感器所采集的数据,得到表征人体姿态行为变化的相关信息,经上位机计算生成康复机器人的期望跟随速度;同时,基于模糊PID控制算法设计了跟随控制器。通过仿真和实验验证该控制算法能够有效减小机器人实时跟踪使用者运动过程中的误差,实现康复机器人对人体运动姿态良好的跟随效果。     

欠驱动UUV三维轨迹跟踪的反步动态滑模控制

提出一种欠驱动无人水下航行器(UUV)反步自适应动态滑模控制方法.结合反步和自适应滑模控制技术设计UUV的位置、姿态和时变速度跟踪控制器,采用虚拟速度来代替姿态误差的控制策略,将姿态跟踪控制转化为速度控制,能够有效避免传统反步法控制律设计存在的奇异值问题.针对系统模型不精确及时变扰动问题,引入滑模控制技术进行自适应补偿估计,提高了欠驱动UUV在未知环境中的鲁棒性及自适应能力,并基于李雅普诺夫稳定性理论证明了该控制系统误差最终一致有界.仿真结果表明:提出的UUV三维轨迹跟踪反步动态滑模控制方法收敛、有效,能够实现在系统参数不精确及时变扰动情况下的三维轨迹精确跟踪控制.     

机器人轨迹规划的一个新方法

为了实现机器人所期望的运动,需要在关节坐标系或直角坐标中来描述和定义机器人的轨线与有关的姿态。机器人操作器末端的位置、姿态、速度和加速度在轨迹规划中应是连续的.同时考虑到CP 控制机器人的一般作业要求,作者导出了5-4-5样条函数.其次,利用相对当前工具坐标的欧拉变换来表示下一点的姿态,从而提高了姿态规划的效率.最后,作者用5-4-5样条函数实现关节与直角坐标空间平滑连接与切换。     

基于非对称模型的水下机器人全局指数镇定

针对水下机器人的水平面镇定控制问题,提出了一种基于非完全对称(前后不对称,左右对称)模型的全局指数镇定控制方法.建立了非完全对称水下机器人的运动模型,通过设计控制输入的反馈变换,得到简化的水下机器人镇定控制系统;基于非线性反步法,设计了水下机器人速度的虚拟输入,从而实现了位置和姿态角的镇定控制;通过对虚拟输入误差的镇定设计,得到了水下机器人系统的全局指数稳定控制律,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了所设计控制器的稳定性.最后通过仿真实验验证了所设计的反步镇定控制器的有效性和可靠性,同时通过与传统基于完全对称(前后、左右均对称)模型的水下机器人运动控制方法比较,验证了基于非完全对称模型控制算法的优越性.     

变质心自旋弹头的建模及自适应滑模控制

对自旋弹头实现末端机动的变质心控制系统进行了研究.为了明确表示自旋弹头的运动参数与质量块运动参数之间的关系,采用牛顿力学方法建立自旋弹头的姿态运动模型.模型包括质量块运动方程、姿态运动的运动学方程和动力学方程.考虑到俯仰和偏航通道的动力学特性为非线性的、铰链耦合的,采用自适应滑模控制方法设计了变质心控制系统,对系统中的不确定项进行估计和补偿,保证系统的跟踪误差收敛到零.变质心控制系统通过对质量块的偏移运动进行控制,进而准确地控制自旋弹头的姿态运动.为了检验所设计的变质心控制系统的控制性能,利用MATLAB/Simulink软件构建系统的仿真模型,进行仿真研究.仿真结果表明:所设计的变质心控制系统具有较高的快速性和控制精度,实现了对自旋弹头姿态角的准确控制.     

基于双自由度万向轮机构的爬壁机器人运动状态检测

摘要： 设计了基于双自由度万向轮机构的速度测量装置,该装置由双自由度滚轮、旋转编码器、角位移传感器和水平姿态传感器等构成.机器人运动时,利用水平姿态传感器检测爬行机构的转动角速度,双自由度万向轮机构利用角度传感器测量速度方向,利用光电编码器测量速度大小,实现对机器人运动状态的测量.根据其测量结果,建立了电动机输入和控制点运动状态之间的关系,为机器精确任务操作提供了基础.     

变电站水冲洗机器人运动控制系统设计

设计了一种针对变电站水冲洗机器人的运动控制系统,以实现对机器人的运动控制,使其到达指定位置或姿态。该控制系统分为规划级和控制级,规划级通过USB、串口等方式采集命令信息并以无线方式发送给控制级,控制级采用Trio运动控制系统,响应规划级指令并将传感器采集的信息反馈给规划级。试验结果表明,该控制系统定位精度高、响应时间快、安全性能可靠、具有多种安全保护措施。     

姿态受控漂浮基空间机器人系统协调运动的反演滑模控制

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基空间机器人载体姿态与机械臂各关节协调运动的反演滑模控制问题.结合系统动量守恒关系及拉格朗日方法,建立了漂浮基空间机器人完全能控形式的系统动力学方程.以此为基础,基于反演设计方法,设计出空间机器人载体姿态与机械臂各关节协调运动的滑模控制方案.数值仿真结果验证了该控制方案的有效性.