多关节工业机器人BSMC与EPCH协同优化控制

为了解决多关节工业机器人无法同时具有优越的快速性与准确性的问题，提出了反步滑模控制(BSMC)与误差端口受控哈密顿(EPCH)控制的协同优化控制策略。首先，分别设计了BSMC控制器与EPCH控制器；其次，采用基于机器人关节位置误差的高斯函数作为协同优化控制系数，使系统在BSMC与EPCH之间进行平滑切换，且进一步设计了协同优化控制策略，使多关节工业机器人能够兼具BSMC控制器与EPCH控制器的优点；最后，仿真实验结果表明，所提出的控制策略可以使机器人关节伺服系统同时具有快速的动态响应速度和准确的跟踪精度。     

沉井基础取土作业机器人设计与研究

针对传统沉井基础施工设备取土效率低、地层适应性较差、作业区域存在盲区等问题，设计一款沉井基础取土作业机器人。结合施工需求，对机器人进行结构设计，并对其伸缩臂进行有限元静力学分析，验证了伸缩臂结构设计的合理性和可靠性；基于D-H法和几何法分别建立了机器人正、逆运动学模型，基于几何法建立了机器人关节空间到驱动空间的运动学模型，将铣挖头位姿控制最终转换为各关节液压驱动器的位置控制；设计了机器人关节驱动电液比例控制系统，采用PID控制器对其进行校正，通过仿真验证了控制策略的有效性；通过现场试验对机器人整机使用性能进行分析。试验结果表明：沉井基础取土作业机器人满足沉井施工需求，达到预期目标。     

基于ISA总线的步进电机控制器软硬件实现

提出一种基于ISA总线的三轴步进电机控制器 ,论述了该控制器的硬件组成原理及软件控制的实现方法 ;该系统已在轴承滚道磨床数控系统中得到具体应用 ;结果表明 ,该步进电机控制器具有控制灵活 ,安全可靠 ,抗干扰性能好等优点 ,也能应用于机器人等其它步进电机实现开环控制系统要求灵活性且精度较高的场合。     

面向电力巡检的四旋翼无人机非线性控制器设计

为了提高四旋翼无人机在电力巡检时的控制性能,提出了一种基于反步法-积分滑模的控制策略。在用四元数描述姿态运动模型的基础上,根据牛顿-欧拉法推导出四旋翼非线性动力学模型,获得了系统输入输出关系;分别设计了位置环和姿态环的非线性控制策略,其中反步法能够提高闭环系统状态量的收敛速度,积分滑模能有效抑制系统的集总干扰;同时,也在Lyapunov理论框架下证明了系统误差可以渐进收敛;最后,通过电力巡检仿真算例对本文所设计控制系统的有效性进行了验证。仿真结果表明,控制器的性能要优于反步法-动态滑模控制和反步法-终端滑模控制,能有效解决四旋翼电力巡检问题,具有一定的工程应用价值。     

模糊神经滑模控制在气动位置伺服系统中的应用

针对不确定的气动位置伺服系统的跟踪控制问题，提出了一种基于神经网络的模糊滑模控制策略。该控制器用于控制气动伺服关节机器人，仿真结果表明该控制器对系统的不确定性具有较强的鲁棒性，并且具有良好的跟踪性能。     

基于几何不变性和滑动模态算法的冗余机器人运动控制研究

冗余机器人可以通过冗余自由度实现额外的优化目的。针对受空间约束条件下机器人运动控制问题,采用几何不变性和滑动模态算法,实现冗余机器人的有效控制,并对控制效果进行仿真验证。通过建立冗余机器人系统数学模型,给出冗余机器人轨迹跟踪典型控制方案,优化了冗余机器人控制目标。设计推导出能确保机器人关节位置向量在约束空间内,且冗余机器人关节能平滑到达约束边界的几何不变性和滑动模态算法。采用数学软件MATLAB对平面3R冗余机器人系统进行仿真。同时,与不采用文中算法的计算结果进行对比和分析。仿真结果显示:冗余机器人关节在受到外部约束时,采用几何不变性和滑动模态算法所有关节能保持在约束空间内,同时关节能够平滑地接近约束边界,关节误差在3.2 s就能够快速收敛。     

基于饱和函数的不确定机器人模糊自适应滑模控制

针对模型和参数不确定机器人系统轨迹跟踪问题,在模糊自适应控制的基础上提出了一种新的控制策略,该控制策略把饱和函数、模糊原理与滑模控制有机结合起来,设计了一种模糊自适应滑模控制器.该控制器利用模糊逻辑系统为机器人的动力学系统建模,设计自适应律调节未知参数,为保证控制力矩输出平滑有界,不存在一般滑模变结构中的抖振现象,采用双曲正切函数代替传统的符号函数.利用李亚普诺夫定理证明了闭环控制系统全局稳定,跟踪误差渐近收敛于零.仿真结果表明了所提出的控制算法的有效性.     

全向四驱变电站巡检机器人运动控制系统设计

为了实现变电站室内外一体化巡检,开发全向四驱结构的变电站巡检机器人。着重阐述该机器人运动控制系统的开发过程:介绍全向四驱移动平台的机械结构及运动控制系统结构,建立移动平台的运动学模型,探讨全向四驱机器人不同的运动模式并提出了控制方法。对研制的全向四驱变电站巡检机器人进行测试,验证了运动控制系统的可靠性以及控制方法的有效性。     

基于PLC的图书馆作业型机器人工作系统

介绍了应用可编程控制器PLC对图书馆作业型机器人进行控制的总体设计思想，并给出了硬件配置和软件设汁，利用PLC控制机器人自动完成图书上架工作。     

基于阻抗控制的双臂机器人协调搬运方法研究

针对目前双臂机器人阻抗控制方法的研究,传统的主从控制方法不适宜搬运柔性物体,通过分析研究人类双臂搬运物体的动作特点,建立了一种新的双臂主从动作的阻抗控制方法。通过引入双臂间的相对误差及由相对误差产生的虚拟恢复力概念,有效地克服传统主从控制不适宜搬运柔性体的缺点。实现了冗余双臂机器人协调搬运作业要求,提高了双臂机器人的工作能力,保证了双臂机器人在协调搬运作业过程中各臂运动的平稳性,最后通过双臂协调搬运仿真,验证了该方法的可行性。     

基于有限状态机的输电线路巡检机器人自主越障运动控制方法

针对输电线路巡检机器人自主越障运动控制复杂、越障效率低等问题,以一款五臂式巡检机器人为例,通过规划与分析机器人越障动作序列,基于有限状态机理论,提出一种机器人自主越障运动控制方法。通过建立以传感器检测信息为迁移条件的越障运动控制模型,对机器人自主越障运动进行控制;将机器人置于线路环境进行巡检实验。结果表明：该机器人能自主识别并稳定、高效地跨越线路障碍,完成巡检任务,验证了机器人系统的合理性及自主越障运动控制方法的可行性。     

模糊PID算法的水下机器人控制系统优化

为应对复杂的水下工作环境,提高水下机器人工作时的稳定性、灵敏度和抗干扰能力,提出一种模糊PID算法对水下机器人原控制系统进行优化。优化后的水下机器人机械结构、控制系统硬件架构不变,仅通过改变软件程序对水下机器人进行模糊PID控制。水下机器人工作时,各类传感器把现场的环境参数转化为电信号,经预设的模糊库进行模糊化处理后发送给STM32控制器;STM32控制器按预设的程序对模糊化信号进行处理,处理完去模糊化后的电信号后发送给执行元件,从而实现水下机器人的模糊PID控制。MATLAB/Simulink仿真和水下测试结果显示：与经典PID算法比较,经模糊PID算法优化后的水下机器人反应更灵敏、系统更稳定、抗干扰能力更强,达到了预期的效果。     

500kV超高压架空输电线路巡线机器人的空间巡线方法研究

针对500 kV架空输电线路巡线机器人在越障过程中的线路辨识问题,提出采用激光扫面传感器实现巡线机器人在越障过程中的空间定位。阐述越障原理和越障中的巡线方法,采用一定的逻辑算法,利用激光传感器的反馈在三维空间中准确地定位线路,实现机器人在无人工干预状态下的自主越障。试验结果表明:基于激光传感器的越障巡线方法稳定可靠,实时性好,能满足实际运行中的巡线要求。     

Self-organizing Neural Network for Trajectory Control and Task Coordination of a Mobile Robot

A multi-layer neural network is used to control the navigation of a mobile robot in an environment containing obstacles in a temperature field. The mobile robot must avoid obstacles and hill climb towards the maximum of the temperature field. The strategy for each of these two tasks is acquired by learning. First by exploring the environment, the mobile robot extracts the relevant sensory situations by building up an internal map of the environment. The associations between these situations and the appropriate actions are then formed in an unsupervised manner, i.e. with no ‘teacher’required. The proposed structure of the system permits the coordination of the two tasks. Simulation results display not only the ability of the robot to achieve collision-free navigation towards its target in the explored environment, but also in new unvisited environments, illustrating the generalization property of neural networks.     

AKMT-Ⅵ型管、杆探伤系统

介绍最新研制的油田系统磁性探伤检测系统，该系统实现了使用同一台设备进行钻杆、油管和抽油杆检测的功能。油田现场检测表明，该系统性能稳定，抗干扰能力强。     

基于切比雪夫机构的六足机器人研制

因足部能抬起离地，足式机器人的越障碍能力强，能适应复杂的路面，具有良好的应用前景。但由于控制技术、平衡性和稳定性等的限制，目前足式机器人仍处于实验室研究阶段。研制一种六足行走机器人，其本体是基于切比雪夫原理的二十杆机构，通过活动结点连接，在电机驱动及电路控制下，实现前进、后退、爬坡、翻越障碍、躲避障碍、转弯等智能化的功能。试制出样机，并进行实验验证。结果表明：该六足机器人稳定性强、行走快速，能在崎岖不平的路面行走；成本低，具有良好的市场前景     

基于全阶滑模控制的双轮移动机器人跟踪误差研究

针对双轮移动机器人运动轨迹跟踪误差较大的问题,设计了全阶滑模控制器,并对控制输出误差进行仿真验证。建立双轮机器人简图模型,推导出移动机器人动力学方程式。介绍了移动机器人线速度和角速度的控制过程,对传统PI控制器进行改进,设计了全阶滑模控制器。采用李雅普诺夫函数对控制器的稳定性进行了证明,从而得到机器人运动线速度和角速度的输出误差收敛于零。在平面内,采用MATLAB软件对机器人运动线速度和角速度输出误差进行仿真实验,并与PI控制输出误差形成对比。结果显示:采用传统PI控制器,双轮机器人实际输出线速度和角速度误差较大;采用全阶滑模控制器,双轮机器人实际输出线速度和角速度误差较小。采用全阶滑模控制器用于双轮机器人控制系统,自适应抗干扰能力更强,可提高双轮机器人运动轨迹跟踪精度。     

铁路牵引变电所智能巡检机器人的研制

为满足铁路变电所巡检无人化的发展要求,提高检验工作的质量和效率,设计了一种用于变电站室内巡检的机器人。其主要由移动小车、升降总成、操作总成、控制柜四大部分组成。介绍了各个部分的机械结构,对巡检机器人的工作流程进行了描述。该设计实现了机器人整体移动、平台升降、相机拍摄图像和机械手操作开关等功能。建立了坐标系,分析了各个坐标系之间的转换关系,进行了相机的参数标定和手眼标定,计算出机械手到目标点的位移值。测试结果表明:该机器人能够完成对电气控制柜的巡检工作,并能接收远程指令对电气开关进行开合操作。研制的巡检机器人可降低巡检人员的工作强度,提高巡检效率。     

管廊消防巡检机器人设计与分析

针对综合管廊的安全运维与管理的需求,设计一种集巡检和消防灭火功能于一体的管廊消防巡检机器人。该机器人由机器人本体、灭火器、机械臂和智能检测系统构成。介绍了机器人的总体结构及功能,建立了机械臂的D-H坐标系,对机械臂进行正、逆运动学分析。运用蒙特卡洛法及MATLAB软件对机器人机械臂的工作空间进行仿真与分析,得到不同情况下的机械臂末端的工作空间,仿真结果验证了机械臂可灵活满足机器人的工作要求,为后续管廊消防巡检机器人的控制工作和优化设计奠定了基础。