基于干扰观测器的球形移动机器人直线运动控制

针对受扰球形移动机器人的直线运动控制问题,提出一种基于滑模干扰观测器和双幂次趋近律的分层滑模控制方法。该控制方法利用滑模干扰观测器对未知扰动进行在线估计,并且采用基于滑模干扰观测器的分层滑模控制器实现被控机器人系统的连续鲁棒控制。首先设计被控系统的第一层和第二层滑动变量,然后基于第一层滑动变量定义系统的辅助滑动变量。基于所定义的辅助滑动变量设计滑模干扰观测器,然后基于所设计的滑模干扰观测器和第二层滑动变量,采用改进的双幂次趋近律设计分层滑模控制器。从理论上分析所设计的分层滑模控制器作用下闭环系统的稳定性,并通过仿真实验验证所提控制方法的有效性。     

基于扰动观测器的铆接机器人轨迹跟踪控制

为解决铆接机器人工作时外部干扰造成系统抖震大，轨迹跟踪精度较低问题，设计一种扰动观测器与分数阶滑模控制器组合的自适应控制方法。首先，通过引入时延估计策略建立铆接机器人的局部动力学模型，利用扰动观测器实时观测系统模型所受的可见干扰；其次，针对系统产生的抖震问题，设计分数阶滑模面替代传统滑模控制，采用新型趋近律使系统在切换面上能够连续平稳运动，针对系统所受的不可见干扰，设计自适应策略实现对外部干扰的完全补偿；最后，通过Lyapunov函数证明所设计控制器的有效性。以三自由度机器人进行仿真及实体试验，结果表明，相较于分数阶滑模控制，采用该控制器后机器人各关节的追踪误差峰值分别下降了50%,59%和63%,从而验证了该控制器不仅能有效消除系统所受较大干扰产生的抖震问题，而且提高了铆接机器人作业时的鲁棒性和轨迹跟踪精度。     

分数阶单摆系统的终端滑模控制混沌同步

针对一类具有不确定性和外部扰动的分数阶单摆系统,本文提出了一种新的分数阶滑模同步控制方法．首先,在分数阶微积分的基础上,引入了一种新的非奇异分数阶终端滑模面,并利用分数阶 Lyapunov 稳定性定理,证明了在滑模面上误差系统能够在有限时间内收敛到平衡点．在此基础上,针对事先未知系统中不确定性和外部扰动的界的情况,设计了适当的自适应律．基于自适应律和有限时间控制思想,提出了一种自适应滑模控制器,以保证系统在给定的时间内发生滑模运动,并证明了所提出的滑模控制方法在到达和滑模阶段都具有有限时间收敛性和稳定性．最后,通过数值算例验证了该方案的适用性和有效性．     

分数阶具有不确定项和外扰的超混沌金融系统的滑模同步

本文利用滑模控制与比例积分滑模控制技巧研究了分数阶具有不确定项和外扰的一类超混沌金融系统的同步问题,运用分数阶微积分设计出滑模函数,通过设计适应规则构造出适应控制器,得到了分数阶不确定超混沌金融系统取得滑模同步和积分滑模同步的两个充分性条件．Matlab 数值仿真验证了理论结果．文中滑模函数的设计、控制器的构造及适应规则的选取对研究整数阶超混沌金融系统的滑模同步具有可移植性,所使用的方法为研究分数阶混沌系统提供了思路,同时分数阶系统的相关结果可以移植到整数阶系统的同步问题．     

具有输入死区的分数阶Victor-Carmen系统的有限时间同步（英）

有限时间控制能获得更快的收敛速度,是一种有效的控制策略．混沌系统有限时间同步明显优于渐近同步．本文研究了具有输入死区的分数阶Victor-Carmen系统的有限时间同步问题,为了使Victor-Carmen系统在给定时间内收敛到平衡点,提出了一种自适应滑模控制策略．设计了一种非奇异分数阶滑模面,为了将同步误差系统的轨迹驱动到滑模面上引入了自适应滑模控制律,实现了主从系统的混沌同步．通过算例说明了所提出的有限时间控制器的有效性和适用性,并验证了本文的理论结果．     

一种摆式球形机器人水中俯仰运动的稳定控制方法

摆式球形水下机器人利用内部俯仰摆与中心螺旋桨相互配合可实现机器人在水中的上升和下潜运动,但是俯仰摆的频繁摆动会引起机器人速度波动,降低了系统稳定性。针对该种机器人俯仰驱动特点,提出了一种两级滑模方法来同时控制机器人俯仰角和俯仰摆的摆动角,引入RBF神经网络对干扰项进行自适应补偿。在理论上证明了设计的控制器是稳定的,仿真和实验结果也表明提出的控制方法可以实现机器人俯仰角的快速控制,并且能够对俯仰摆的频繁摆动进行有效抑制,提高了该种机器人水中运动的稳定性。     

基于曲率控制的球形移动机器人路径跟踪

基于曲率的控制方法,对非完整约束条件下的欠驱动球形机器人进行了路径跟踪问题的研究.建立了非完整约束条件下具有正交的两输入球形机器人的运动学和动力学模型,并通过输入变换得到一个两输入的二阶系统.基于非线性滑模控制方法分别设计了横向姿态控制器和纵向速度控制器.提出了一种曲率控制器,实现了球形机器人的路径跟踪.仿真和实验结果表明,系统的运动状态能够收敛到期望的邻域内,验证了控制方法的有效性.     

一种球形机器人的自适应鲁棒轨迹跟踪控制

针对一种不确定球形移动机器人的轨迹跟踪问题,提出一种基于不确定性上界估计的自适应滑模控制策略。所提出的控制策略无需预知系统不确定性上界值,能够利用自适应机制对不确定性上界进行在线估计。与已有控制方法相比,所提出的控制策略对于系统不确定性具有较好的适应性。分析球形机器人的非完整运动学约束,基于带约束的拉格朗日方程建立系统的动力学模型,并利用零空间法和输入变换对动力学方程进行简化处理。基于所得系统运动模型,采用李亚普诺夫稳定性理论选取滑模控制律和参数自适应率。应用Barbalat引理证明系统滑动面的渐近稳定性,仿真和实验结果表明所提出的控制策略具有良好的鲁棒性和控制性能。     

基于自适应分级滑模控制的球形机器人定位控制

探讨一种三驱动球形机器人的定位控制问题,提出基于控制增益自适应调节的分级滑模控制方法。相比于现有定位控制方法,所提出的控制方法对于系统不确定性具有很强的鲁棒性。将球形机器人系统分解为球体子系统和偏心质块子系统,并在此基础上分别设计系统的各级滑动面。基于Lyapunov函数法选取分级滑模控制律和控制增益自适应律,并采用边界层法削弱分级滑模控制器的抖振。应用Barbalat引理证明闭环系统的稳定性,并利用数值仿真实验验证所提控制方法的可行性和有效性。数值仿真结果表明,该控制方法能够实现带有不确定性的球形机器人系统的定位控制。     

基于改进趋近律滑模控制的钢结构柔性探伤机器人轨迹跟踪

为解决钢结构柔性探伤机器人在轨迹跟踪中存在控制模型复杂、跟踪速度慢和跟踪精度不高的问题,提出一种基于改进趋近律的滑模控制方法。将柔性机器人前后车体作为单独的移动机器人进行运动学分析,通过欧拉-伯努利梁方程求解前后车体与连接钢带之间的运动约束,得出柔性机器人整体运动学模型。在此基础上,通过反演方法设计一种基于改进趋近律的滑模控制器,加快跟踪误差的收敛速度并降低控制系统抖振。基于改进趋近律滑模控制对柔性机器人小车轨迹跟踪进行仿真实验,结果表明,改进趋近律滑模控制方法可以使柔性机器人快速跟踪期望轨迹进行运动,并且具有较好的跟踪精度和稳定性。     

基于多传感器融合信息的移动机器人速度控制方法

为提高移动机器人在复杂环境下的速度控制精度和适应能力,提出了一种基于多传感器融合信息的移动机器人速度控制方法.首先,根据多传感器非线性优化融合理论,通过最小化运动观测残差的方法来构建移动机器人运动状态优化估计模型.然后,对利用单目相机、轮式里程计及惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU...     

Precision measurement and compensation of kinematic errors for industrial robots using artifact and machine learning

Industrial robots are widely used in various areas owing to their greater degrees of freedom (DOFs) and larger operation space compared with traditional frame movement systems involving sliding and rotational stages. However, the geometrical transfer of joint kinematic errors and the relatively weak rigidity of industrial robots compared with frame movement systems decrease their absolute kinematic accuracy, thereby limiting their further application in ultraprecision manufacturing. This imposes a stringent requirement for improving the absolute kinematic accuracy of industrial robots in terms of the position and orientation of the robot arm end. Current measurement and compensation methods for industrial robots either require expensive measuring systems, producing positioning or orientation errors, or offer low measurement accuracy. Herein, a kinematic calibration method for an industrial robot using an artifact with a hybrid spherical and ellipsoid surface is proposed. A system with submicrometric precision for measuring the position and orientation of the robot arm end is developed using laser displacement sensors. Subsequently, a novel kinematic error compensating method involving both a residual learning algorithm and a neural network is proposed to compensate for nonlinear errors. A six-layer recurrent neural network (RNN) is designed to compensate for the kinematic nonlinear errors of a six-DOF industrial robot. The results validate the feasibility of the proposed method for measuring the kinematic errors of industrial robots, and the compensation method based on the RNN improves the accuracy via parameter fitting. Experimental studies show that the measuring system and compensation method can reduce motion errors by more than 30%. The present study provides a feasible and economic approach for measuring and improving the motion accuracy of an industrial robot at the submicrometric measurement level.The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-022-00400-6     

机器人灵巧手微型直线驱动器的建模和滑模位置控制

报导了用于机器人多指灵巧手的精密微型直线驱动器,它体积小、输出力大。建立了该驱动器的数学模型,并且基于滑模变结构控制理论设计了微型直线驱动器的位置控制策略。实验结果证明,该控制方案具良好的鲁棒性和快速性。     

二阶滑模离心-振动试验系统的振动控制

针对离心-振动试验系统的振动位移跟踪控制存在参数不确定性和干扰的问题,提出一种基于二阶滑模的振动位移跟踪控制方法。该方法基于高阶滑模控制基本原理,通过建立离心-振动复合试验系统数学模型,利用李雅普诺夫第二法设计出二阶滑模振动位移控制律。仿真结果表明：该方法在2 s内能够完成位移跟踪,跟踪准确度达到0.001 m,能够有效降低系统抖振,实现振动位移跟踪的精确定位,具有较高的控制精度和可靠性。     

柔性空间机械臂基于混合滑模思想的自适应变结构控制

研究了柔性空间机械臂协调运动控制及柔性振动抑制问题。利用假设模态法及系统动量守恒关系,导出了空间机械臂的系统动力学模型。基于混合滑模思想,针对系统惯性参数存在不确定的复杂情况,提出了一种柔性空间机械臂本体姿态、关节协调运动的自适应变结构控制方案。该文所引入的混合滑模由频率成形最优滑模及终端滑模两部分组成。前者用于抑制系统柔性杆件的振动,后者则是为了保证系统追踪误差在有限时间内的收敛性。此外,上述控制方案由于在控制过程中无需预知系统的柔性变量,因此可有效避免对系统柔性状态变量进行实时地测量与反馈,较适于实际应用。仿真运算,证实了所提控制方法的有效性。     

抛光工业机器人主动恒力装置设计研究

研究了工业机器人抛光中的恒力控制,针对传统的机器人恒力控制中既要对机器人进行力控制又要对机器人进行位置控制,导致工业机器人整体控制复杂,响应较慢,精度较低的问题,采用机器人力和位置分离的方式,设计了独立于机器人本体的主动恒力控制装置来解决机器人作业的力控制,使机器人力控制作业中不用考虑机器人的运动控制,从而达到解耦的效果。实验验证结果表明,设计的主动恒力装置提高了工业机器人力控制精度,具有良好的恒力控制性能。     

基于多智能体的自重构机器人突现控制系统平台的构建

构建了基于多智能体的模块化自重构机器人系统实验平台.在详细分析了自重构系统的主要特点的基础上,设计了一种新型的同构阵列式模块化自重构机器人M-Cubes,阐述了多智能体分布式体系的控制结构,给出了实验平台的设计策略,包括单智能体结构设计、控制系统的硬件设计、单元模块的基本运动和系统运动规划策略.利用Ja-va3D开发了一个仿真试验平台,对各种控制算法进行了仿真和测试评估.     

一种绳牵引摄像机器人的运动控制策略与稳定性研究

绳牵引摄像机器人具有索单向受力、冗余驱动以及高速机动等特性,因而其稳定性问题的研究与解决是一个难题。现有的研究中,大多没有考虑摄像机器人的高速稳定运动特性及控制方法。为此,提出一种基于末端位置空间PD修正前馈控制规则保证摄像机器人的稳定运行。通过牛顿-欧拉法建立了末端执行器的动力学方程以及驱动系统的动力学模型;在此基础上得到了整个系统的动力学模型;在系统动力学模型的基础上,提出基于末端位置空间PD修正前馈控制规则的绳牵引摄像机器人跟踪控制策略,通过Lyapunov稳定性理论论证了控制策略的稳定性;通过数值算例说明了摄像机器人的稳定跟踪性能,并且验证了控制策略的有效性。     

应用于圆饼工件分拣的码垛机器人自适应积分滑模控制

目的 针对存在系统未建模特性和负载变化下码垛机器人关节空间轨迹跟踪控制的问题,设计一种基于结合时延估计技术与自适应积分滑模面的控制策略。方法 根据圆饼工件分拣需求,设计一款桌面式码垛机器人系统,推导机器人的运动学与动力学模型,给出关节空间轨迹规划算法,并基于无模型思想设计关节空间轨迹跟踪控制器。结果 利用雅克比伪逆法可反解出机器人的关节角;通过所提的轨迹规划算法能有效获得各关节运动轨迹;与PID控制器和积分滑模控制器相比,文中所提控制器具有较好的控制精度、较强抗干扰性和较高的鲁棒性。结论 仿真和实验结果表明,所设计的基于时延估计技术的自适应积分滑模控制器是合理的,能使得码垛机器人完成圆饼工件的分拣任务,具有一定的工程应用价值。     

智能写字机器人机构与递阶控制系统设计

设计了6自由度转动关节机器人机构.基于坐标变换,建立运动学模型.三级递阶控制的组织级采用PC机.利用视觉获取字符图像,通过网格化得到字符点阵.通过计算脊信息,得到笔画.利用笔画中心点的聚类分析确定书写顺序.协调级采用MSP430单片机实现通讯和多舵机协调运动.执行级基于舵机实现关节的位置闭环控制.在自主开发的样机上,开展了写字实验,验证了设计的有效性.