一种球形机器人运动轨迹规划与控制

阐述一种非完整欠驱动系统的控制设计和运动规划策略 ,研制出一种全新的全方位行走机器人 ,由于其具有特殊的灵活性 ,可应用于各种不同的场合 .     

一种球形移动机器人爬坡运动的自适应滑模控制

针对一种球形机器人爬坡运动的位置控制问题,提出了一种自适应滑模控制方法.基于对实际系统的合理简化,利用拉格朗日方法建立了球形机器人爬坡运动的动力学模型,并将动力学模型表示为状态空间形式.基于系统的状态空间模型,将整个系统划分为两个子系统,并分别定义各子系统的滑动面.将其中一个子系统的滑动面引入到另一个子系统的控制设计中,采用李亚普诺夫稳定性理论设计了滑模控制律,并通过自适应律在线调节其切换增益.从理论上分析了闭环控制系统的稳定性,并通过数值仿真和样机实验验证了所提控制方法的有效性.     

非线性仿射控制系统的高阶滑模控制

研究非线性仿射系统的高阶滑模控制问题.通过适当的输入及非线性状态变换将系统分解为一个关于切换变量及其高阶导数的低阶线性子系统和一个关于滑模的低阶非线性子系统,进而给出了其高阶滑模控制器的设计方法.最后,对两轮驱动的非完整移动机器人进行了数值仿真,结果表明高阶滑模控制在抖振减弱方面确实具有一定的作用.     

一种球形滚动机器人的路径跟踪控制器设计

对一种球形滚动机器人的路径跟踪问题进行研究,设计一种基于自适应滑模控制策略的路径跟踪控制器。所设计的路径跟踪控制器采用鲁棒滑模自适应增益控制律,能够有效实现带有扰动和不确定性的实际球形滚动机器人的路径跟踪。推导球壳纯滚动和无自转非完整约束下球形滚动机器人的运动方程,并在此基础上设计自适应滑模路径跟踪控制器。对于给定的参考几何路径,所设计的路径跟踪控制器能够确保路径跟踪误差在有限时间内收敛至很小的零邻域内。基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环控制系统的稳定性,数值仿真与样机实验结果进一步验证了所设计的路径跟踪控制器的有效性。     

球形机器人的发展概况综述

本文介绍了国内外各种球形机器人,并且对球形机器人的独特优势进行归纳,在对研究现状进行分析的基础上预测了球形机器人再进一步开发过程中可能存在的难点,指出球形机器人逐渐结合其它种运动方式的发展趋势。     

轮式机器人滑模轨迹跟踪控制器设计

轮式机器人是一个典型的非完整性系统。由于非线性和非完整特性,很难为移动机器人系统的轨迹跟踪建立一个合适的模型。介绍了一种轮式机器人滑模轨迹跟踪控制方法。滑模控制是一个鲁棒的控制方法,能渐近的按一条所期望的轨迹稳定移动机器人。以之为基础,描述了轮式机器人的动力学模型并在二维坐标下建立了运动学方程,根据运动学方程设计滑模控制器,该控制器使得机器人的位置误差收敛到零。     

一种独轮机器人的滑模控制

针对一种由一个车轮驱动并控制前向平衡、并由电机驱动惯性轮形成反力矩来控制侧向平衡的独轮机器人系统,提出了一种分组分层滑模变结构控制方法.该方法根据机器人动力学模型特点,将系统看作两个单输入系统组合,并分别针对每个单输入系统设计分层滑模控制器,从而实现机器人的运动平衡控制.从理论上证明了各层滑动平面的渐近稳定性,并通过仿...     

球形运动器动力学分析及控制系统设计

球形运动器在设计上的特点是将转向和驱动行走两种运动相互分开,独立完成．本文首先对球形运动器进行动力学建模．通过分析指出,在实际工作中,由于粘性阻尼的影响,球体的滚动角速度和单摆摆角的变化是一个渐趋稳定的过程．仿真结果证明了理论分析的正确性．接着,介绍了球形运动器控制系统的软、硬件实现．试验结果表明,所设计的球形运动器滚动迅速,转向灵活,能够完成一般性的探测任务．     

一种有指导的轮式机器人全局规划方法*

非完整系统的运动规划是尚未得到充分的重要问题，本文把全局规划方法与局部规划方法结合起来，提出一种包含非完整约束条件的有指导的全局运动规划方法，，并通过仿真验证了其可行性。     

受约束空间机器人降阶自适应神经网络滑模控制

为了实现受约束空间机器人的高精度控制,提出了一种基于U-K(Udwadia-Kalaba)方程的降阶自适应神经网络滑模控制算法;基于U-K方程,同时考虑受约束空间机器人各个关节的理想约束力与非理想约束力,推导得到详细的动力学方程;考虑到非理想约束力具有不确定性且单独采用滑模控制会出现抖振现象,提出了自适应神经网络滑模控制算法,实现各关节角度、角速度以及非理想约束力的高精度跟踪;针对系统受约束模型,对动力学方程和滑模控制器进行了降阶求解,减少了变量并简化了计算过程;为了验证所提算法的正确性与合理性,以2自由度受约束空间机器人为例进行了仿真验证;仿真结果表明：受约束空间机器人的各关节角度、角速度以及非理想约束力的跟踪误差均低于10^-4量级。     

非完整移动机器人编队的滑模控制

提出了一个非线性滑模控制器,协调一组非完整移动机器人以取得合乎要求的编队．考虑了两个机器人组成的领航者—跟随者机器人模型,通过滑模控制使它们沿预定的轨迹运动并保持预定的相对距离、方位角及运动方向．运用传统的李亚普诺夫理论研究了闭环系统的稳定性．在合理的假设下,从理论上证明了存在有界干扰情形下机器人编队的渐近稳定性,即所设计的滑模控制器使得相对距离误差、方位角误差及运动方向误差渐近稳定．最后,给出了两台机器人情形的数值仿真例子来验证该方法的有效性．     

球形机器人的圆周运动分析

用Kane方法对球形机器人的圆周运动进行运动学和动力学分析,推导出动力学模型．用Ⅲ型球形机器人对该模型进行仿真和实验,仿真和实验的结果验证了球形机器人圆周运动分析的正确性．     

球形移动机器人基于神经网络的反馈线性化运动控制研究与实验

实现了一种对球形移动机器人的滚动速度进行控制的方法.球形移动机器人的控制输入和状态输出间存在难以精确数学描述的非线性关系,本文采用径向基函数神经网络,以在线训练的方式建立了球形机器人输入与输出的非线性映射;然后采用反馈线性化方法,设计了球形机器人的速度控制器,该控制器由反馈线性化控制器和减小神经网络逼近误差的补偿控制器构成;给出了该控制器的实现步骤.多次实验结果表明,该方法可以实现球形移动机器人稳定的速度控制.     

Robust Sliding-mode Control of Nine-link Biped Robot Walking

A nine-link planar biped robot model is considered which, in addition tothe main links (i.e., legs, thighs and trunk), includes a two-segment foot.First, a continuous walking pattern of the biped on a flat terrain issynthesized, and the corresponding desired trajectories of the robot jointsare calculated. Next, the kinematic and dynamic equations that describe itslocomotion during the various walking phases are briefly presented. Finally,a nonlinear robust control approach is followed, motivated by the fact thatthe control which has to guarantee the stability of the biped robot musttake into account its exact nonlinear dynamics. However, an accurate modelof the biped robot is not available in practice, due to the existence ofuncertainties of various kinds such as unmodeled dynamics and parameterinaccuracies. Therefore, under the assumption that the estimation error onthe unknown (probably time-varying) parameters is bounded by a givenfunction, a sliding-mode controller is applied, which provides a successfulway to preserve stability and achieve good performance, despite the presenceof strong modeling imprecisions or uncertainties. The paper includes a setof representative simulation results that demonstrate the very good behaviorof the sliding-mode robust biped controller.     

机器人控制算法的理论与实验研究

本文总结了我们多年来从事机器人控制算法的理论与实验研究成果。这些控制算法主要包括了滑动模控制、速度信号观测、非线性滑动面、鲁捧控制器、工作空间控制等,它们都已在我们研究开发的JJR-1型机器人和DDArm直接驱动机器人上得到验证。我们还分别在JJR-1型机器人和DDArm上开发了可编程数字控制器,为使用者提供了研究控制算法的环境,通过实验也进一步证明我们所研究的控制算法的有效性和可行性。     

Nonlinear Control of a Robot Manipulator with a Nonholonomic Jerk Constraint

We study the control of a prismatic‐prismatic‐revolute (PPR) robot manipulator subject to a nonholonomic jerk constraint, i.e., a third‐order nonintegrable design constraint. The mathematical model is obtained using the method of Lagrange multipliers. The control inputs are two forces and a torque applied to the prismatic joints and the revolute joint, respectively. The control objective is to control the robot end‐effector movement while keeping the transverse jerk component as zero. The main result of the paper is the construction of a feedback control algorithm that transfers the manipulator from any initial equilibrium configuration to the zero equilibrium configuration in finite time. The effectiveness of the algorithm is illustrated through a simulation example.