基于图像的直接视觉伺服控制器设计与仿真

对于手眼机器人视觉伺服,考虑机器人的运动学及动力学特性,在物体的深度未知及机器人的基坐标系与物体的坐标系之间的相似变换矩阵未定标的情况下,设计了直接视觉伺服控制器,利用自适应算法对深度及上述相似变换矩阵的参数进行在线估计,实现了基于图像误差的定位控制,在系统的工作空间范围内,闭环系统是渐近可稳定的。该方法不需要物体的几何模型及深度的精确值,仿真结果验证了其有效性。     

基于动力学系统移动焊接机器人焊缝跟踪控制

为了解决轮式移动焊接机器人的焊缝跟踪问题,从移动焊接机器人的运动学和动力学模型出发,采用分段运动学到动力学的方法设计焊缝跟踪控制器.控制算法结合积分Backstepping算法和单层神经元网络控制算法,利用单层神经元网络的自学习和自适应能力克服机器人模型参数部分未知和扰动的影响,使跟踪更加快速,平滑.在选定系统Lyapunov函数基础上,证明了所选取的控制力矩输入使系统全局渐进稳定.经MATLAB仿真验证了该控制算法的有效性.     

仿青蛙跳跃机器人运动学研究

提出了仿青蛙跳跃机器人机构模型及运动学研究的方法。基于对青蛙运动的研究,提出了仿青蛙机器人单侧跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人起跳与腾空两个阶段,其前肢和后肢的运动学方程,进行了正、逆运动学研究。分析机器人四肢的运动空间,并通过实例计算,验证了研究结果和生物学实测结果相一致,从而证明了这一仿生跳跃机构模型的可行性和仿生机构运动研究方法的有效性。得出的结论将为仿青蛙跳跃机器人的设计及控制提供理论基础。     

可重构星球探测机器人的OpenGL仿真实验平台研究

采用基于Visual C 和OpenGL的建模和运动仿真方法，对可重构星球探测机器人系统的三维运动仿真实验平台进行了研究，建立了一个多机器人系统的仿真实验平台。开发的实验平台可用于探索和验证机器人系统的工作原理、工作空间、多机器人协调算法、重构方法、系统集成技术等。在该平台上进行了机器人的运动学仿真和协调运动研究，验证了该仿真平台的有效性和机器人系统体系结构的合理性。     

不确定非完整移动机器人的自适应模糊控制

为解决具有两个驱动轮的受非完整约束移动机器人的轨迹跟踪问题,首先针对系统的运动学模型,设计了一个运动学控制器;然后,基于系统的动力学模型和运动学控制器,设计了一个自适应模糊控制器,该控制器能有效地克服机器人模型参数未知和扰I动的影响,并利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性且跟踪误差收敛.仿真结果表明文章所设计的控制器具有良好的控制效果.     

机器人探测未知环境的螺旋形导航算法

在很多情况下，机器人对作业环境并没有预先了解，这就使得机器人对环境的探测成为必要。因此，设计合理的导航算法，从而使机器人在较短的时间内能够较完整地构建出环境地图，为机器人完成作业提供了基础。本文提出了一种基于虚拟力的螺旋形导航算法，采用超声距离传感器，对未知环境进行实时在线的探测，采用本算法可以避免机器人之间以及机器人与障碍物发生碰撞。本文推导了机器人的运动学和动力学方程。仿真对比实验表明了该算法的有效性。本文进行了若干作业任务的仿真实验，使算法得到了进一步验证。     

双臂空间机器人的通用运动学路径规划算法

提出了一种基于通用运动学模型的双臂空间机器人在自由浮游状态下捕捉目标并避免碰撞障碍物的路径规划算法。过去的双臂空间机器人路径规划问题主要研究双臂的避碰问题 ,而忽略了机器人本体的避碰问题。实际上 ,当机械臂运动时 ,机器人本体也在相对运动 ,这个相对运动随机械臂质量与本体质量之比的增大而增大。利用通用运动学模型计算出双臂空间机器人的各点 (包括本体 )的速度 ,并在路径规划过程中根据机器人本体的速度计算出本体平动的距离 ,克服这个平动来避免与障碍物碰撞。最后 ,通过路径规划算法的计算机仿真结果证明了所提出路径规划算法的可行性     

3-RRRT并联机器人动力学仿真

研究一种3-RRRT新型高速搬运机器人运动学与动力学建模及分析方法,以支链构件相对运动坐标和动平台绝对运动坐标作为广义坐标,结合拉格朗日第一类方程建立了3-RRRT型并联机器人的运动学与动力学模型,并利用Matlab软件平台进行了运动学及动力学数值仿真,进而为并联机器人的轨迹规划及控制研究提供参考。     

空间机器人半实物仿真系统的研究

由于空间机器人的任务验证实验成本过高,所以往往采用其它方法进行开发阶段的论证和系统的验证.采用半实物仿真的方法研制了空间机器人电联试系统.系统验证任务包括空间机器人运动学,动力学,视觉系统,控制器计算能力,总线速率及可靠性.实验结果表明该系统完全可以仿真空间机器人操作任务.     

血管主从介入手术导管机器人三维模糊控制

在微创血管介入手术中,当从端导管机器人输送导管时,导管易受到患者心跳、呼吸等不确定因素的影响.为了能抑制这些因素对输送导管造成的影响,实现导管机器人系统从手端精确快速地跟踪主手端的控制指令,建立了导管远端弯曲段的运动学模型,设计了基于三维模糊控制器的导管机器人系统.三维模糊控制器是在二维模糊控制器的基础上引入了导管位置误差变化的速率的作用,能进一步提高系统响应速度、降低超调、抑制干扰.仿真结果表明,此控制方案使导管机器人系统具有快速的跟踪性能和较强的鲁棒性能,进而提高了系统的控制精度.     

3-RRRT并联机器人解耦的反演自适应动态滑模控制

针对3-RRRT型搬运机器人提出一种解耦的反演自适应动态滑模控制方法,以提高控制精度和鲁棒稳定性。首先利用非线性补偿方法将系统解耦成线性系统,运用一阶动态滑模设计新的滑模面,然后利用基于李亚普诺夫函数的Backstepping控制设计方法和自适应控制技术,设计了全局渐近稳定的系统控制器,最后利用MATLAB进行了系统控制数值仿真,结果表明,对3-RRRT型并联机器人的这种强耦合的、具有不确定性的非线性系统,采用该解耦的反演自适应动态滑模控制方法,可以达到理想的控制精度,并能保障系统的鲁棒稳定性。     

机器人的多项式结构鲁棒自适应力/位置控制

对于机器人的力／位置控制提出了一种新的控制方案，即在力控制回路中采用简单的多项式结构，把机器人末端操纵器与外界环境接触的不确定性归结为一个包络函数，避免了复杂计算，而在位置回路中采用计算力矩控制方法，这种控制结构简单，仿真速度快，仿真证明控制效果好，是一种具有实际应用价值的控制方法。     

Predictive Control with Velocity Observer for Cushion Robot Based on PSO for Path Planning

This paper proposes a novel model predictive control method with velocity estimation simultaneously constraining trajectory and velocity tracking errors for a cushion robot. The authors investigated a path planning method using improved particle swarm optimization(PSO) combined with Dijkstra's algorithm and obtained a real-time desired optimal motion path for obstacle avoidance.The authors designed a velocity observer to estimate the unmeasurable speed, while the asymptotic stability of the observer error system was established. A predictive controller with error-constrained performance was derived by solving a quadratic programming problem with incremental control. Simulation and experimental results confirm the effectiveness of the proposed method and verify that the error constraints adopted in the cushion robot provide safe motion while avoiding obstacles.     

基于T-S模型的迭代学习控制算法及其在机器人点位控制中的仿真研究

考虑了一类特殊的迭代学习控制问题，即用迭代学习方法解决机器人的点位控制问题。采用T-S模型描述机器人系统，在T-S模型的基础上，运用并行分配补偿方法(PDC)确定T-S模型的迭代学习控制器结构，并给出了误差收敛条件。为避免迭代过程的初始定位操作，丈中还设计了模糊循环迭代学习律。最后以在垂直面内运动的单关节的机器人为例说明了所提出方法的有效性。     

基于解耦控制的SCARA机器人轨迹跟踪控制器设计

SCARA型机器人的控制问题由于其动力学模型中没有重力矩项的作用而得以简化,由于在实际应用中经常要求其高速运动,则对具有强耦合的哥氏力与向心力的控制就成为制约其系统性能的重要问题。提出通过线性变换对机器人系统解耦,将高阶系统转化为解耦的低阶系统进行控制的方法,并且应用极点配置对解耦的系统求解机器人控制器。该方法无需测量关节速度和加速度,只需要测量关节位置信号。所提出的控制器既能保证闭环系统全局渐进稳定,又能通过对线性化系统闭环极点的配置来获得期望的闭环系统响应性能。仿真实验证明了所提出的控制器设计方法的可行性。     

液压伺服并联机器人的自适应鲁棒跟踪控制

针对液压伺服并联机器人存在参数不确定性及外界干扰的特点，通过构造一合适的储能函数，设计了一种自适应鲁棒跟踪控制器，利用所选取的评价函数，可以将外界干扰有效地抑制在任意希望的给定指标以下。所设计的闭环系统对参数变化具有完全的自适应性，并实现了系统轨迹的渐近跟踪，仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于异步动态的多机器人系统的一致性

研究通过无线网络进行通信的多机器人系统的一致性问题。多机器人系统在固定通信拓扑下可建模为特定的网络控制系统,考虑信道噪声、不确定短时延和数据包丢失等因素的影响时,其可进一步视作由丢包率约束的异步动态系统。通过构造李雅普诺夫(Lyapunov)函数,运用线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI)方法,得到了该系统指数稳定的充分条件。为实现多机器人系统的运动一致性,设计了控制器；讨论了不同的指数收敛率对多机器人系统收敛速度的影响,并进行了相应的理论证明和仿真验证。     

移动机器人的快速终端滑模轨迹跟踪控制

针对基于动力学模型描述的非完整移动机器人轨迹跟踪问题,给出了一种快速终端滑模控制器设计方法,该方法结合反演(backstepping)设计和快速终端滑模控制的思想,实现了非完整移动机器人全局快速轨迹跟踪控制,并且能够在有限时间内完全跟踪上期望轨迹。该方法将系统分解为低阶子系统来处理,利用中间虚拟控制量简化了控制器的设计,具有直观的稳定性分析,设计方法简单。仿真结果验证了该控制器的正确性和有效性。     

基于目标搜索任务的群机器人路径规划

微粒群算法具有搜索效率高,收敛速度快的特点,可应用于基于目标搜索任务的群体系统。人工势场法可用于移动机器人的避障导航,提出一种在环境未知情况下基于机器人多传感器结构的人工势场法MSAPF,和一种具有群机器人系统特征的SRPSO算法,将二者相结合,应用于群机器人系统的目标搜索任务,在搜索目标的同时实现避障导航路径规划,通过对多组不同数量机器人的仿真实验验证了此方法的有效性。

Abstract：

Particle Swarm Optimization algorithm has high searching efficiency and constringency speed,and can be used for the target-searching swarm intelligence system.The artificial potential field （APF） is an effective local path planning method for the mobile robot.The MSAPF （multi-sensor-based APF）,integrating with the SRPSO （Swarm-Robot PSO） algorithm was proposed,used for realizing the path planning of swarm robot system while searching the target.The efficiency has been proved by the simulation experiments with different individual quantity of swarm robot.     

采用共生遗传算法的模糊控制器设计方法

为解决模糊控制器自动优化设计中对结构和参数的学习和寻优搜索缓慢 ,以及模糊规则基维数爆炸问题 ,采用共生进化遗传算法结合分级模糊建模的思想进行模糊控制器自动设计。提出了模糊规则分类形成子种群 ,多种群并行进化的遗传算法。用这种方法可以同时设计模糊控制器的结构和参数 ,极大地减小编码规模 ,提高搜索速度。对车 杆平衡系统的控制仿真实验表明 ,该方法寻优搜索速度快 ,设计出的控制器控制效果很好。