基于生物反射模型的四足机器人坡面运动控制与越障研究

为了提高四足机器人在包含坡面和障碍物等复杂地形中的运动能力与环境自适应能力,在对四足机器人基本步态研究的基础上,利用生物节律运动和反射控制机理,对四足机器人的适应性行走控制模型进行了研究.建立了适用于四足机器人坡面运动以及越障运动的前庭反射和屈肌反射数学模型,根据该数学模型构建的生物反射控制器与机器人膝、髋关节CPG控制网络有机融合,构成了协调性好、整体性高的控制系统.通过Adams/Matlab联合仿真,验证了所提出控制模型的可行性与有效性.该模型能够有效地使前膝后肘式四足机器人流畅、平稳地完成上下坡运动,并具备自适应越障运动能力.     

离散化四足机器人自由步态控制方法

为了实现离散化四足机器人自由步态的控制,提出一种新的基于中枢神经模式发生器(CPG)的自由步态控制方法。介绍了离散化四足机器人模型,在已确定的地形中,设定四足机器人起始点与抵达点的状态。将连续步态按照离散化步态完成排序,形成排序集合。在此基础上,利用中枢神经模式发生器CPG,采用周期性振荡信号对离散化四足机器人腿部各关节进行控制,给出单独神经元模型。为了便于分析,使用互抑神经元构成的振荡器对神经元的输出信号进行改善,通过该振荡器产生规律的振荡信号,以控制离散化四足机器人完成自由步态移动。实验结果表明,所提方法能够有效控制离散化四足机器人实现自由步态移动。     

一种蛇形机器人蜿蜒运动的实现及环境适应性研究

生物蛇数量众多的脊椎骨以及无足的身体结构,使其形成了特殊的蜿蜒式前进步态,能够广泛适应于草地、沙漠和湖泊等起伏地形,这种节律性的运动方式被证明是由中枢模式发生器(CPG)控制的.利用Hopf振荡器的稳态特性建立了能够实现蛇形机器人蜿蜒步态的CPG步态控制网络,依据蛇形机器人的模型仿真器得到了控制蜿蜒运动的CPG网络参数,并利用该网络的输出蛇形机器人成功实现了前进.根据Hopf振荡器对控制参数突然变化的良好适应性,通过在线调整得到了新的输出.讨论了面对复杂环境时蛇形机器人转弯运动的实现以及改变蛇形机器人身体S波构形来提高其环境适应性的方法.在蛇形机器人样机上的实验证明了基于CPG的运动控制方法在蛇形机器人蜿蜒运动上的有效性.     

基于中枢模式发生器的机器人行走控制

基于中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)的动物运动控制机理实现四足机器人AIBO的行走控制.利用Kimura振荡神经元构建CPG分布式控制网络,通过多目标遗传算法优化调整CPG网络中的参数,在AIBO上实现类似动物行走(walk)的行走模式.通过Webots仿真和实体实验,验证所设计的CPG控制网络和控制方法的可行性与有效性.     

神经元模型的四足机器人适应性行走控制

为了改善足式机器人的适应性行走能力,提出仿生控制和智能优化算法相结合的控制策略.利用Rulkov神经元模型对生物中枢模式发生器(central pattern generator, CPG)进行机理建模;设计了基于CPG模型的单关节和多关节耦合的网络拓扑结构,并利用多目标遗传算法优化CPG单元间的耦合系数矩阵,使得CPG网络的输出信号可以控制机器人关节按照一定的时序发生动作;设计机器人信息融合反馈系统并提出坡面适应性行走控制策略,并以四足机器人GhostDog作为实验对象,在Webots仿真平台上做实验验证.结果表明,所提出的行走控制策略可以控制机器人自主完成模式切换,具有一定的环境适应性.     

基于Rulkov神经元模型的四足机器人适应性行走控制

为了改善足式机器人的适应性行走能力,提出仿生控制和智能优化算法相结合的控制策略.利用Rulkov神经元模型对生物中枢模式发生器(central pattern generator, CPG)进行机理建模;设计了基于CPG模型的单关节和多关节耦合的网络拓扑结构,并利用多目标遗传算法优化CPG单元间的耦合系数矩阵,使得CPG网络的输出信号可以控制机器人关节按照一定的时序发生动作;设计机器人信息融合反馈系统并提出坡面适应性行走控制策略,并以四足机器人GhostDog作为实验对象,在Webots仿真平台上做实验验证.结果表明,所提出的行走控制策略可以控制机器人自主完成模式切换,具有一定的环境适应性.     

基于移动变长倒立摆的四足机器人对角支撑的稳定性控制

四足机器人系统复杂,运动自由度多,其动态稳定性一直是机器人控制领域的难点与热点。为使四足机器人能够在复杂多样的自然环境中运动自如,针对四足机器人特殊的对角双足支撑动态稳定性问题进行探究。将足式机器人简化为可移动变长倒立摆模型,对其进行运动学和动力学分析,设计了一种运动稳定控制算法,使四足机器人能在对角双足支撑的情况下保持稳定,在受到外力的干扰时可自动调整,并再次恢复到平衡稳定状态。以搭建的四足仿狗机器人为实验平台,开展了对角支撑的平衡实验,实验结果表明四足机器人能够在对角支撑下精确控制自身的稳定,验证了该控制算法的可行性,为后期四足机器人动态稳定性行走奠定重要基础。     

基于力反馈-CPG模型的六足机器人控制器

六足机器人的多关节、高耦合、非线性的机械结构使其运动控制成为机器人研究领域一大难题。针对上述问题,本文在Matsuoka振荡器的基础上创新性提出带力反馈神经元的三神经元相互反馈的CPG模型作为六足机器人的运动控制器。在对六足机器人进行运动学建模、运动学分析等数学分析的基础上对三神经元CPG模型建模分析并得到振荡周期波形满足六足机器人节律运动的要求。对力反馈模型进行实物设计并建立对应反馈模型,根据反馈信息对六足机器人运动节律、关节信息等实时调节。最后通过仿真及实物实验证明该CPG模型能够满足维持六足机器人稳定运动的要求,在复杂未知环境中也能够保持机器人的稳定性与适应性,实现复杂环境下的自适应运动。     

一种基于CPG的两足机器人步态生成方法

提出一种基于中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)的双足机器人步态生成方法.应用Matsuoka振荡器设计了CPG控制器,其输出控制踝关节角度,膝关节和髋关节角度通过轨迹规划得到.通过将CPG输出与"引导曲线"叠加,实现了机器人的连续稳定行走.该方法避免了CPG繁杂的参数优化过程,是CPG应用的一大进步.MATLAB仿真结果证明了所提方法的可行性.     

四足机器人坡面行走稳定性分析

为了提高四足机器人坡面行走的稳定性,四足机器人的小腿采用液压缸,并提出了通过增大机器人后腿小腿腿长和减小前腿小腿腿长的方法,使机器人质心向前移动,从而提高坡面行走稳定性.对四足机器人进行了运动学分析,计算了四足机器人前腿和后腿小腿腿长的调整量与坡面倾斜角度的关系.利用Adams和Matlab,对四足机器人进行了联合仿真.仿真结果表明,四足机器人能够以trot步态在坡面上稳定行走,验证了四足机器人质心调整方法的有效性.     

基于车载摄像机移动机器人的模糊神经网络跟踪

针对车载单目摄像机的轮式移动机器人的目标跟踪问题,提出一种模糊跟踪控制方案.方案分为两部分,分别为摄像机控制部分和轮式移动机器人控制部分.摄像机控制部分通过相关特征点之间的连线的夹角设计摄像机云台控制器,使摄像机能够实时跟踪目标,保持目标在图像平面的期望位置上.轮式移动机器人控制部分通过设计T-S模糊神经网络控制器使其能够在视觉伺服反馈下实时调整速度和姿态,实现目标的有效跟踪.仿真结果表明了本文方法的有效性.     

基于单向散列函数的智能卡鉴别方案

提出了一种在智能卡中实现的基于单向散列函数的远程身份鉴别方案，用户能自己选择口令并且系统不需要维护任何与用户口令相关的信息，系统中用户不受限制，用户利用智能卡以及口令便可成功地登录到远程系统，攻击者不能从公开或传送的信息中获得用户秘密信息，也不能冒充别的合法用户，此外，本方案还能抵抗登录请求的重播。     

四足机器人坡面运动时的姿态调整技术

提出了一种四足机器人对脚小跑步态下的坡面运动姿态调整策略.采用复合摆线对机器人足端轨迹进行规划,以减小足端在换相点处与地面间的瞬时冲击;以机器人质心在斜面上的落点到支撑线的距离为判据进行四足机器人坡面运动稳定性分析,得到其姿态调整的确定值.在Adams中建立了四足机器人的虚拟样机模型并进行了仿真试验,试验结果证实所提出的姿态调整策略对提高四足机器人坡面运动稳定性有效.      

轮式移动机器人滑移补偿鲁棒控制

提出了滑移补偿鲁棒控制策略. 首先建立包含滑移因素的移动机器人运动学模型,其中滑移量以附加的有界扰动形式引入. 借助链式系统理论,将带有滑移扰动的系统运动学模型转化成为一个标准的受扰链式模型,利用该模型的数学结构可以方便地设计变结构鲁棒控制器. 由稳定性分析可知,滑移补偿鲁棒控制器可以保证法向控制误差的收敛以及姿态误差有界. 仿真实验表明,设计的滑移补偿鲁棒控制器可以有效地消除滑移因素对轨线控制精度的负面影响,提高移动机器人在复杂地形条件下的可操作能力.     

多移动机器人保持队形路径规划

将多移动机器人的运动控制和路径规划有机结合,提出了多移动机器人的队形模型和保持队形的定义.在此基础上,以基于行为的导航算法为基础,将机器人队列的运动过程划分为正常运动、避障和恢复队形3个阶段.在避障阶段,引入虚拟机器人使队形保持部分完整;当队形被严重打乱时,规划机器人的局部目标位姿使队列快速恢复队形.仿真实验表明,该控制方法不仅使多移动机器人安全避障,而且队形保持较完好.     

弧焊机器人工作单元Internet远程控制系统

采用IGRIP（Interactive Graphics Robot Instruction Program）建立了弧焊机器人工作单元空间场景模型,基于Internet实现了机器人的远程运动仿真．在仿真的基础上,采用CORBA-CGI（Common Obiect Request Broker Architecture-Common Gateway Interface）方式实现了弧焊机器人的Internet远程控制．同时,通过现场摄像机,机器人的运动视频可以反馈回操作者的Web页面,这样操作者就可以远程监控机器人的运动．控制实验表明,该机器人远程运动控制方案是可行、有效的．     

双电机驱动伺服系统齿隙非线性自适应控制

该文以参数未知的双电机驱动伺服系统为研究对象,针对施加偏置力矩后的系统,应用Backstepping方法选择控制Lyapunov函数(CLF),设计了基于状态反馈的自适应控制策略,完全消除了齿隙非线性对系统的影响.理论分析和仿真研究表明,该方案能够保证系统稳定地跟踪参考输入,同时保证整个控制系统渐近稳定.     

可控串补多目标控制研究

可控串补暂态稳定控制，既要抑制功角第一摆，又要快速阻尼系统故障后的功率振荡，这是一个多目标控制问题。文中提出了基于Ｔ－Ｓ（Ｔａｋａｇｉ－Ｓｕｇｅｎｏ）模型的可控串补模糊控制策略，充分考虑了可控串补装置的非线性，并结合了线性最优控制理论和专家知识。该模糊控制器相当于自适应变增益的线性最优控制器，能满足系统多目标控制的要求。数字仿真表明，该模糊控制策略在暂稳控制中优于其它常规控制方式（ＰＩ控制，ｂａｎｇ－ｂａｎｇ控制，线性最优控制）。     

门极变电阻式IGBT串联均压电路

根据改变IGBT门极驱动电阻可以改变其开关速度的特性,设计出通过改变门极驱动电阻使IGBT串联有效均压的一种方案.此方案利用三极管、电阻、稳压管构成电路拓扑.当IGBT过压或接近过压时,通过检测电路将集射极电压反馈给门极驱动电阻选择电路,驱动电阻选择电路增加门极驱动电阻,从而改变集射极电压变化的速率,使得IGBT均压.仿真分析表明,此串联均压电路能够有效地平衡串联IGBT的电压.     

具有不确定参数的车道保持终端滑模控制

为研究具有参数不确定性的自动化公路系统车道保持控制,假定车辆质量、转动惯量、轮胎侧偏刚度等不确定参数有界,基于位置预瞄策略和车辆侧向动力学模型,建立预瞄点处的车辆横向位置误差和横摆角误差动态方程;采用终端滑模控制方法,设计车道保持变结构控制规律;基于李雅普诺夫稳定性理论,对控制系统的稳定性进行分析.仿真结果显示,该文设计的控制规律可使车辆侧向位置误差与横摆角误差具有较快的收敛率.