基于空间几何方法的乒乓球机器人最优姿态求取

首先分析了仿人机器人手臂的空间几何构型,特别是针对在给定任务下末端执行器的姿态约束不完整的情况.并在此基础上,以机器人手臂的整体动能最小为目标,优化球拍绕其法线方向的旋转角.同时从整个机器人手臂动能的方面对机器人手臂的末端执行器姿态进行优化分析,并确定最优条件,即手臂所构成的平面与球拍运动速度向量所形成的平面互相垂直,然后根据最优条件及各连杆间的关系建立方程,求解出最优的末端姿态角,以减少机器人手臂运动所引起的振动.最后,通过仿真结果从动能求取和轨迹规划等方面验证了提出的方法的有效性.     

自抗扰技术在四旋翼飞行姿态控制中的应用

介绍了自抗扰控制器的结构组成,包括跟踪微分器、扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈律,并给出了各部分的典型算法．针对四旋翼盘旋系统的姿态控制问题,设计了连续型和离散型两种自抗扰控制器,在Simulink下搭建了仿真结构图,并进行了参数整定．仿真结果表明,文中所设计的自抗扰控制器可以满足控制精度及快速性的要求,并且具有强鲁棒性、抗干扰性能以及对非线性强耦合系统的解耦能力．     

基于切换模型的无人直升机偏航通道系统辨识方法?

针对直升机偏航通道中舵机控制量的饱和非线性问题,提出基于切换模型的无人直升机偏航通道系统辨识方法。首先分析无人机偏航通道的特征,建立包含饱和单元的切换模型。其次通过扫频实验采集辨识所需的数据,并在频域下采用遗传算法辨识得到切换模型的所有参数。再根据实验数据分析辨识模型的残差序列,得到系统的残差模型,并利用该残差模型修正辨识得到的无人机偏航通道模型,进一步提高模型的准确度。最后通过实验数据分析文中模型的准确性,并利用该模型设计无人机飞行控制器。实验结果也证明模型的有效性。     

面向智能家居/智慧生活的服务机器人技术与系统

随着机器人技术的发展以及服务机器人形态的日益丰富,智能家居/智慧生活逐渐成为一种未来的生活方式。文章探索了智能家居和智慧生活的服务机器人技术与系统,在其众多的关键技术中,重点探讨了面向服务机器人的云端融合技术以及高用户体验度的人-机器人交互技术。并以家庭服务机器人为例,实现了基于微信和语音云的人-机器人交互方式,验证了基于云架构的家庭服务机器人体系结构的可行性。文章所提出的服务机器人技术与系统是智能家居、智慧生活的一种实现方式,为未来形形色色的服务机器人技术方案提供了一些思路。     

基于主动偏心轮的全方位移动机器人航位推算与跟踪控制

针对基于主动偏心轮的全方位移动机器人系统,提出了一种基于冗余码盘的航位推算方法和一种具有饱和约束的轨迹跟踪控制器.具体而言,首先分析了车轮发生滑动的原因,考虑到机器人随动轮相对于主动轮不易打滑的特性,设计了具有冗余码盘的随动轮结构.基于该结构,将机器人航位推算转化为一个含约束的最小二乘问题.实验结果表明:与未考虑随动轮约束的传统方法相比,该方法降低了轮子打滑的影响,提高了航位推算的精度.考虑到实际机器人系统的速度控制量具有上限,基于李亚普诺夫方法设计了含饱和约束的轨迹跟踪控制器,并对其稳定性和有界性进行证明.仿真与实验结果表明本文提出的控制器具有良好的性能,同时能够满足控制量的饱和约束.     

多飞行机器人吊运系统研究进展及挑战

多飞行机器人吊运系统是指由多个旋翼飞行机器人、吊绳及单个悬挂负载共同构成的具有空中操作能力的一类新型机电系统,具有灵活性强、地域可达性好、运输便捷、载荷能力强等显著优点.多飞行机器人吊运系统应用广泛,但是其建模与控制还存在诸多挑战.旋翼飞行机器人自身是一种复杂的欠驱动非线性系统,随着吊绳和负载的引入,系统的耦合性、欠驱动特性和非线性也会随之增加.为了全面对多飞行机器人吊运系统的研究进行综述,首先介绍了多飞行机器人吊运系统的常见构型,并对比分析了其优缺点;其次,从动力学建模、协调控制、实验三个方面介绍了多飞行机器人吊运系统的研究现状与挑战;最后,凝练了现存的关键科学问题,对其潜在的应用领域和未来的研究工作进行了探讨与展望.     

面向非完全姿态约束问题的旋转矩阵群中的垂线理论

在很多机器人领域,有很多给定任务要求并不需要3维空间的完整姿态约束,而是只限定了目标姿态某一轴的方向．这类问题称为非完全姿态约束问题．针对该问题,定义了旋转矩阵群中测地线的垂足和垂线,并给出了其解析表达式．基于垂线理论,提出了沿垂线规划的点到点轨迹生成算法．最后通过仿真实验求解操作臂的轨迹规划问题,仿真以6自由度的PUMA 560为平台,并依次固定第6关节、第4关节得到5自由度和4自由度的操作臂．提出的算法不仅适用于具有功能冗余的6自由度操作臂,也可应用于不具有冗余特性的5自由度和4自由度操作臂．实验结果验证了提出的理论和算法在解决非完全姿态约束问题上的通用性．同时,该算法还能避免参数表示方法中的奇异性问题．     

无人直升机姿态通道模型预测控制

针对无人直升机姿态通道中存在的测量干扰与控制输入受限等问题,利用包含时变柔化因子的模型预测控制算法设计了一种姿态通道控制器。具体而言,首先对姿态通道的传递函数进行了等效变换,得到嵌入了积分环节的状态空间(SSEI)模型,并进一步建立了姿态通道的预测模型;然后综合分析了姿态通道系统在初始响应速度和减小测量干扰影响两个方面的要求,设计了含时变柔化因子的柔化轨迹;接着考虑到舵机的输出限制,分析了姿态通道的控制输入约束条件;最后基于上述三点内容,设计了滚动优化过程。论文还以无人直升机的偏航通道为例进行了飞行实验测试,结果表明该控制算法可明显地加快系统响应速度,减小模型不确定性与测量干扰等因素的影响,具有较好的工程应用价值。     

面向交互应用的串联弹性驱动器力矩控制方法

对于串联弹性驱动器（Series elastic actuator,SEA）而言,已有方法大都将其弹性组件视为线性弹簧.然而为了追求更高的能量密度,SEA的机械结构越来越复杂,使其控制问题更具挑战性;此外,现有方法均未考虑当SEA应用于交互系统中,其负载端动力学模型会产生剧烈变化的情况.针对这些问题,本文设计了一种面向交互应用的自适应滑模控制方法.具体而言,首先在考虑了非线性SEA输出特性及系统中可能存在的扰动的情况下,描述了SEA系统的动力学方程,并对其进行了分析和变换.在此基础上设计了负载运动观测器和自适应滑模控制器,使得本文方法能够在负载端动力学模型完全未知的情况下完成SEA的力矩控制.最后通过引入辅助系统,对输入饱和的情况进行了有效的处理.通过理论分析证明了闭环控制系统的稳定性及信号有界性,随后的仿真与实验结果也表明了这种自适应滑模控制器良好的控制性能和对不确定性因素的鲁棒性.     

面向扑翼飞行控制的建模与奇异摄动分析

针对扑翼飞行中的周期性和时标不一现象, 以及扑翼飞行实际控制中的问题, 本文基于奇异摄动理论, 提出了一种针对扑翼周期系统的稳定性分析方法. 具体而言, 首先建立了扑翼飞行器的多刚体模型, 为后文对翅翼动力学的奇异摄动分析铺平道路; 其次, 对多刚体模型进行简化, 抽象出扑翼飞行动力学的核心问题, 并针对实际控制中的问题, 提出了利用奇异摄动理论分析扑翼飞行周期稳定性的方法, 指出了其相对于其他方法的优越性; 最后, 在自制的四自由度扑翼飞行器完成了真实的飞行实验, 验证了所提方法的有效性.