Robust Learning Control for Manipulators with Uncertainty Disturbances Based on Internal Model

In this paper, a disturbance controller is designed for making robotic system behave as a decoupled linear system according to the concept of internal model. Based on the linear system, the paper presents an iterative learning control algorithm to robotic manipulators. A sufficient condition for convergence is provided. The selection of parameter values of the algorithm is simple and easy to meet the convergence condition. The simulation results demonstrate the effectiveness of the algorithm..

洁净机器人手臂的转动惯量分析及运动控制

针对洁净机器人手臂的转动惯量对系统动态性能的影响,在利用动能公式分析得到其转动惯量与位置关系的基础上,提出了一种位置PI闭环加前馈参数整定的控制方法。该控制方法是由位置值实时得到转动惯量,再由转动惯量来实时整定PI参数。仿真结果表明了该控制方法能有效抑制转动惯量的变化对系统动态性能的影响,且简单可行。

洁净机器人的最优运动控制方法研究及实现

论文以国家科技部超大规模集成电路制造装备重大专项课题“12英寸硅片智能机械手关键技术与样机研制”为背景，进行了洁净机器人控制系统下层的性能最优控制方法的研究和上层的时间最优轨迹规划方法的研究。 论文从洁净机器人的结构出发，在利用动能公式分析得到大气手（洁净机器人的手臂）转动惯量计算公式的基础上，通过仿真表明了运动中大气手转动惯量随位置变化的幅度较大、对控制系统性能的影响不能忽视；然后从辨识得到的交流永磁同步伺服电机的数学模型出发，提出了一种PI加前馈参数整定的控制方法，并仿真和实验验证了这种控制方法对消除转动惯量变化的影响、提高控制系统动态性能的有效性和简单可行性。针对洁净机器人快速、高效的运动要求，在分析大气手运动约束条件的基础上，提出了变加速度的时间最优轨迹规划方法，并采用实验的方法验证了这种规划方法相对梯形速度曲线规划在时间上的优越性。 论文理论与实际相结合，提出了消除转动惯量变化的控制方法和时间最优轨迹规划方法，为开发出性能优越的洁净机器人作出了一定的贡献。另外，论文还编写了系统辨识程序和上位机测试软件，方便了其它控制算法的研究应用。

除草机器人机械臂的逆向求解与控制

设计了一种基于机器视觉导航和杂草识别的除草机器人模型,该机器人能沿作物行间自主行走并能准确地识别和"清除"杂草。设计了除草机器人的机械臂除草执行系统,求取了机械臂运动学逆解,用VC++开发了控制程序。试验显示,图像处理算法所需时间少,能够适应户外自然光线在一定范围的变化,机械臂能够平稳动作并精确定位杂草目标。

轮式移动仿人机器人的动力学建模与分析

利用高效迭代牛顿-欧拉方法对一个21自由度的轮式移动仿人机器人进行了整体动力学建模,该模型虽然维数较高,但消除了分块建模中需要对模块之间相互作用力进行建模的难点问题,并且由于机器人双臂的对称结构,当合理规划双臂运动时,动力学模型将得到部分简化。本文还对某关节运动时在各个关节所产生的力或力矩进行了仿真分析。解析及仿真结果表明,合理规划上臂各关节的协调运动,将极大地削弱车体及腰部各关节所受的力或力矩扰动,为基于动力学的机器人运动控制以及稳定性分析提供理论依据。

轮-腿-履带复合移动机器人的研究

中国科学院沈阳自动化研究所自行研制的灵豹复合移动机器人,采用轮-腿-履带复合移动机构,构建了嵌入式控制系统,设计了模糊控制器控制机器人行走,实现了机械臂的自主联动控制。机器人运动控制更加简便,系统具备良好的适应性和运动稳定性。

基于C8051的运动控制卡研制和应用

本文针对排爆机器人手臂多关节联动控制的需要,开发了一种具有高集成度的基于C8051单片机和CAN总线的运动控制卡。介绍了运动控制卡的原理及实施方案,同时给出了运动控制卡在机器人平台的应用实例。在排爆机器人平台上的应用表明该运动控制卡具有较高的精度及很好的可靠性和实时性。

基于多传感器的可变形机器人自主控制方法研究

将GPS、电子罗盘、倾角仪、码盘传感器等应用到可变形机器人自主运动控制中.针对可变形机器人自身结构特点,提出了一种基于多传感器信息融合的可变形机器人在野外环境中自主控制的方法.该方法主要实现了在非结构环境中机器人的自主变形、自主避障和自主导航定位等功能.实验验证了该方法的有效性.

具有万向机构的蛇形机器人运动控制

设计了一种能够使蛇形机器人运动更灵巧、奇异点更少和运动能力更强的机构 ,对具有三个自由度的新型蛇形机器人单元进行了改进 ,在单元上增加被动轮机构 ,使其具有万向机构的特点。该单元不仅能够用被动轮驱动机器人运动 ,而且增加了类似于主动轮的驱动机构 ,克服了被动轮驱动能力弱的缺点 ,增强了机器人的运动能力。在分析非完整约束的基础上 ,对蛇形机器人的运动学和冗余度进行分析 ,提出了控制该类蛇形机器人运动的分解矩阵方法和分组交替运动法。

被动柔顺式月面巡视探测器轮-地交互及运动控制研究

月面巡视探测器（简称月球车）是一类在月面环境下执行巡视探测、科学考察及样品采样等任务的空间机器人，是我国月球探测二期工程中执行月面探测任务的关键载体。月球车行走能力事关我国探月二期工程的成败，开展在复杂地形下移动能力和地形通过能力的研究，是目前移动机器人研究中的前沿课题，是月面巡视任务的关键技术之一。本论文的选题具有重要的理论意义和应用价值。 月面环境的特殊性使月球车进行长距离、大范围的巡视任务面临一系列问题，包括地形对月球车移动性的影响、移动能力、地形通过能力、地形适应能力、安全性等。本文以月球车保持复杂地形下的高移动能力和地形通过能力为研究目标，以一种典型的被动柔顺式月球车为对象，从月球车与环境地形具有整体不可分离性的角度，将机器人与环境地形看成是相互作用的整体，深入研究了轮-地交互关系、软硬地形上的轮-地接触模型、环境地形给月球车带来的影响、软硬地形上的月球车建模、参数估计及运动控制等问题。根据对月球车移动性能影响程度之不同，本文从硬质地形与松软地形两个方面来考察环境地形的物理属性和轮-地交互关系。在硬质地形上，主要考虑地形平坦与不平坦对机器人移动的影响及其控制，六个驱动轮的速度协调控制，车轮打滑（前滑、侧滑、转向滑移）对机器人的建模、分析及控制的影响。在松软地形上，主要考虑轮-地接触关系，土壤特性对移动的影响及其控制。在大量阅读国内外文献并归纳总结的基础上，重点开展了如下几方面的研究： （1）在硬质不平坦地形下，引入轮-地几何接触角概念以反映地形不平坦时轮-地接触点在轮缘上位置的变化，去掉了通常采用的车轮纯滚动假设，考虑车轮滑移（包括侧滑、侧滑以及转向滑移），并结合月球车被动柔顺式移动机构的特点，提出了一种基于速度闭链的运动学建模方法，进行了基于整车模型的月球车速度协调控制研究。该运动学建模方法基于轮心处的速度投影建立整体运动学模型，物理概念清晰、便于实时运动学正反解计算。 （2）针对运动学模型中轮-地几何接触角难以直接测量的问题，提出了两种在线估计方法：误差计算法和卡尔曼滤波估计法。这两种方法均基于月球车整体运动学模型，只需要车轮内部传感器的测量信息，就能在线估计轮-地几何接触角。 （3）由于车轮滑移的影响，采用航位推算方法进行月球车状态估计以及里程计计算存在较大误差。本文提出了基于整体运动学模型的车体运动状态估计方法，并在月球车样机上对车体速度估计、航向角估计、里程计实时计算等方法进行了大量实验研究，验证了算法的有效性。 （4）针对松软地形上刚性轮与地形的交互建模问题，提出了一种基于Guass-Legendre数值积分和Newton-Raphson数值解法的地形参数实时估计方法。以月壤参数的变化范围为参考空间，通过数值仿真将不同地形参数对轮-地接触力的影响进行比较，进而选取对轮-地接触力有较大影响的地形参数进行在线估计，仿真和实验结果均表明估计算法是有效的。 （5）松软地形上常规的速度控制效果差，本文开展了月球车准静力学建模及牵引力控制算法研究，提出了两种牵引力控制算法。对月球车准静力学模型进行简化，提出了一种基于目标优化、考虑车体姿态变化的牵引力控制算法。利用上一章在线估计出的地形参数，对车轮滑移率进行最优估计，提出了一种基于最优滑移率的牵引力控制算法，并进行了仿真验证。

移动机器人运动控制研究

如果将机器人看作是一种能够扩展人类工作能力的有效工具，那么人类在认识和改造世界的过程中就不能没有机器人。移动机器人是机器人家族中的一个重要的分支，也是进一步扩展机器人应用领域的重要研究发展方向，因此对移动机器人运动控制的研究，一直都得到学者们的普遍关注。本文针对近年来在移动机器人运动控制方面的两大研究热点问题----非完整约束轮式移动机器人的控制问题和多机器人协调运动问题----基于仿生策略，分别进行了系统而深入的研究。前者因系统存在非完整运动约束，而使其运动控制问题具有极大的挑战性，而后者则由于问题本身的复杂性、不确定性，从而给问题的求解带来困难。主要研究结果如下：1. 针对一类非完整约束轮式移动机器人，本文从仿人驾车思想出发，提出了一种基于人工场进行导向与控制的非连续位姿镇定新方法。该方法不仅考虑到系统动力学参数变化及扰动影响，而且还兼顾实际系统速度和输出力矩的饱和限制，其扩展后的控制律既可实现平面内任意点-点镇定，还可在仅知期望位姿的情况下，实现任意轨迹和路径的跟踪。控制器不仅设计简单、鲁棒性强、收敛速度快，而且基于人工场的控制思想，对所有轮式移动机器人控制器的设计，都具有指导意义，因而具有一定的普遍性。2. 基于仿人理性决策原则，本文通过对传统遗传算法进行改造，提出进化含义更丰富、能够增强对极值搜索的进化算法----理性遗传算法。它将种群内部对知识与经验的继承和学习，更有效地结合在遗传算法之中，有效地降低了原有随机遗传操作在进化过程中存在操作错误，并很好地体现了自然进化过程中确定性与随机性对立统一的辨证思想。理论分析和仿真实验结果，验证了算法的合理性和有效性。3. 针对确知环境下的多机器人协调运动行为优化问题，本文提出基于理性遗传算法的协调运动行为合成与优化的方法。通过对算法及其实际实现效果的分析，说明理性遗传算法的应用，增加了算法的完备性，路径规划与运动合成相分离的思想，有效地降低了规划算法的时间复杂度，而神经网络函数逼近技术的应用，克服了机器人运动行为表达的困难。4. 针对不确知环境下的多机器人协调运动问题，本文基于仿生行为决策规则及仿生行为协调策略，提出一种新的多机器人协调运动行为综合算法。该算法的实现是建立在如下的认知基础之上，即生物系统的优化反应机制和运动行为的可分解性。它为此类问题的解决提供了一个新的思路。理论分析和仿真实验结果的一致性，使算法的有效性和合理性得到了证明。

载人潜水器及其运动控制

介绍了载人潜水器的构成及推进器的布置,在此基础上导出了载人潜水器的推力分配方程。阐述了载人潜水器的运动控制。最后,将运动控制系统在载人潜水器半物理仿真平台上进行了验证,运动控制效果良好。

履带式移动机器人行动规划技术的研究

本文以８６３－５１２型号项目为背景，从运动特性、运动描述、运动控制以及运动规划等几个方面研究履带式移动机器人的行动规划技术；首先从理论上分析了履带式移动机器人的内在运动传递机理，指出了其区别于轮式移动载体的独特的运动特性，尤其是在其转向特性方面，得出了履带式移动机器人运动角速度几乎不可控原理、原地转弯转不准问题、以及履带式车辆行动规划时所要遵循的规则等重要结论，针对履带式移动机器人的纵向运动控制问题，讨论了其速度控制模型，提出了一种速度测量与控制的简单、准确、可靠的方法。在磺向运动方面，提出了一种基于ＦＭ－ＬＩＫＥ和ＡＭ－ＬＩＫＥ相结合的复合控制技术，解决了难度较大的方向控制问题。最后提供了实验结果，证明了上述方法与结论的正确性。上述方法与结论，作为８６３－５１２某型号任务的一部分，业已通过验收。

全方位六足步行机器人运动规划的相对运动算法

本文提出了步行机器人运动控制算法。该方法以相对运动学原理为基础,把机体的运动规划问题转化为腿的足端轨迹规划问题,从而使步行机器人运动控制问题得到大大简化.并应用该方法对全方位三角步态算法及稳定性进行分析求解.

海绵卷绕真空磁控溅射镀膜过程中的传动控制

根据磁控溅射中海绵的传动特性,建立了传动控制的数学模型,采用带有矢量的变频调速器实现了海绵卷绕真空镀膜过程中的张力控制,满足了磁控溅射中海绵卷绕的传动要求。