空间机器人分布式控制系统

针对六自由度机器人控制系统的特点以及空间环境对系统的影响,提出基于双冗余设计思想的分布式视觉伺服控制系统。该系统由主控制计算机和关节控制器、手爪控制器、手眼视觉控制器等多个节点组成。系统采用冷热两级双冗余CAN总线作为各模块问的通信总线,各节点均采用双冗余设计。各智能节点通过主控计算机的规划和协调完成对机器人系统的控制功能,解决了空间机器人控制系统处理能力、空间适应性和通信实时性等问题,并进行了系统集成和性能、功能的测试,验证了该设计方案的可行性。     

基于SOPC的机器人伺服控制器的研究

针对传统工业机器人系统的局限性,提出了一种高实时性的机器人视觉伺服控制系统.系统利用Altera公司的Nios II软核设计一个机器人实时目标跟踪控制器.控制器由Nios II作为处理器,采用基于特征差异的目标识别方法辨识目标并采用线性卡尔曼滤波器算法来快速完成运动估计及进一步分析和校正,实现快速而准确的跟踪.从而改善了多关节机器人跟踪运动目标过程中存在的彩色图像数据量大、处理时间长的问题,提高了实时性.     

基于小波网络的机器人视觉伺服控制研究

本文基于小波神经网络设计了一种三关节机器人视觉伺服系统。该系统采用eye-in-hand方式,基于图像特征构成视觉反馈,来完成机器人抓取物体的任务。论文对系统结构、坐标变换、成像原理、视觉控制器进行了详细的设计,并通过仿真试验证明了所设计控制系统的有效性。     

基于无模型自适应控制的视觉伺服

传统的机器人视觉伺服控制技术需要已知机器人精确的动力学和运动学模型以及机器人的手-眼参数。然而,由于机器人建模、手-眼标定等过程存在一定误差,因此很难精确获得视觉伺服控制模型,从而影响机器人视觉伺服系统的精度和收敛速度。针对这一难题,本文提出一种基于无模型自适应控制方法（MFAC）的机器人视觉伺服技术。利用视觉伺服系统的输入与输出数据,实现自适应视觉伺服控制,即通过MFAC在线估计机器人伺服控制器中的雅各比矩阵,并结合滑模控制器,实现机器人对目标的快速精确跟踪。实验结果表明,本文提出的方法在系统参数变化引起的未知扰动情况下仍能保证伺服控制器平稳收敛,并且能够减小视觉跟踪误差。     

多气囊柔性试衣机器人的视觉伺服控制仿真

研究多气囊柔性试衣机器人问题,提出了一种视觉伺服控制方案.上述视觉伺服控制方法通过直接控制目标外形的变化,相对于传统的以囊内气压作为反馈的控制方案,能够提供更高的控制精度,但其难点在于如何建立检测精度高、实时性能良好的视觉检测系统.通过基于无模型自适应控制的控制算法进行视觉伺服控制仿真,结果验证了系统的可行性,表明提出的视觉伺服系统方案,在多气囊柔性试衣机器人的控制中能够得到良好的控制效果.     

基于VME实时系统的机器人控制器研究

本文以“863”航天领域重点项目“舱外自由称动机器人系统”为背景，对基于VME实时系统的机器人控制器进行了初步研究。针对通用的关节型机器人，设计了基于VME实时系统的机器人控制器的基本方案，根据运动控制芯片LM628的特点，成功地将模糊自调整PID控制算法应用于控制器中，利用该机器人控制器成功地进行了有关的伺服控制实验，实验表明，基于VME实时系统的机器成功地进行了有关的伺服控制实验，实验表明，基于VME实时系统的机器体系具有良好的控制性能，并具有实时性强，通用性好，便于开发等特点。     

机器人视觉伺服中CMAC学习控制系统研究

根据小脑模型关联控制器（CMAC）收敛速度快,适于实时控制系统的特点,设计了一种基于CMAC学习控制方法的机器人视觉伺服系统。在该系统中,CMAC被用作前馈视觉控制器对常规反馈控制器进行补偿。所提出的CMAC控制器替代图像雅可比矩阵来获得目标图像特征和机器人关节运动之间2D/3D变换关系,通过其在线学习,可以使系统对摄像机标定误差不敏感,从而提高系统的鲁棒性。实验证明了所设计控制系统的有效性。     

空间三关节机器人模糊积分滑模控制

研究提高关节机器人轨迹跟踪控制的性能,由于关节机器人运动中产生振动,影响系统的稳定性能。为解决上述问题,提出了一种反馈线性化的自适应模糊积分滑模控制方法。在上述方法的基础上,对机器人非线性动力学模型反馈线性化。为了进一步提高滑模控制的精度,设计了一种积分滑模面的滑模控制器,可以减弱积分滑模控制的抖振。通过设计一个模糊控制器,根据积分滑模面的大小自适应地调节积分滑模控制的切换部分,达到削弱抖振的目的。利用李亚普诺夫定理证明了控制系统的稳定性。仿真结果表明,改进方法有效地提高了关节机器人跟踪控制性能。     

排爆机器人运动关节的伺服系统

机器人运动关节的伺服系统是机器人控制系统的基础,伺服系统的好坏决定了机器人整体性能的优劣。基于5自由度排爆机器人,使用Simulink设计出运动关节的伺服系统框图,并通过xPC目标系统生成可运行于PC104的实时控制系统。该系统采用先进PID控制器,具有专家特性。运行结果表明,该方案取得了良好的效果,机器人关节运动平稳且无静态误差,系统具有很好的鲁棒性和实时性。该伺服系统不但可用于机器人运动关节的伺服控制,还可以应用于数控机床等位置控制系统。     

基于2D三焦点张量的移动机器人视觉伺服镇定控制

针对单目视觉移动机器人系统, 本文提出了一种基于二维三焦点张量(2D trifocal tensor, 2DTT)的视觉伺服镇定控制方法. 具体而言, 首先描述了2D三焦点张量的导出过程, 并给出了基于图像特征点的估计方法. 在此基础上根据2D三焦点张量的元素, 设计了一种反馈线性化控制器以实现机器人的位置镇定, 以及一种比例控制器来实现姿态镇定, 因而在场景信息与平移信息均未知情况下完成了移动机器人的视觉镇定控制. 通过理论分析证明了本文设计的镇定控制算法具有指数收敛性能. 相比现有方法, 这种基于2D 三焦点张量的方法在图像特征识别方面具有更强的鲁棒性, 并且在平面场景与立体场景情况下均适用. 最后利用仿真与实验结果验证了本文提出的视觉伺服方法的优良性能.     

含未校准摄像机参数的非完整移动机器人自适应动态反馈跟踪控制

研究基于视觉伺服的不确定非完整移动机器人的跟踪控制问题.基于视觉反馈和状态输入变换,提出一类非完整运动学系统的不确定模型,并运用两个新的变换,对3种不同情况分别设计自适应动态反馈控制器来跟踪不确定系统的期望轨迹.利用李雅普诺夫方法和推广的Barbalat引理,严格证明了误差系统的收敛性.仿真结果验证了所提方法的有效性.     

Autonomous Acquisition of Seam Coordinates for Arc Welding Robot Based on Visual Servoing

Autonomous acquisition of seam coordinates is a key technology for developing advanced welding robot. This paper describes a position-based visual servo system for robotic seam tracking, which is able to autonomously acquire the seam coordinates of the planar butt joint in the robot base frame and plan the optimal camera angle before welding. A six-axis industrial robot is used in this system, which has an interface for communicating with the master computer. The developed visual sensor device is briefly presented that allows the charge-coupled device (CCD) cameras to rotate about the torch. A set of robust image processing algorithms are proposed so that no special requirements of light source are needed in this system. The feedback errors of this servo system are defined according to the characteristics of the seam image, and the robust tracking controller is developed. Both the image processing program and tracking control program run on the master computer. The experimental results on straight line seam and curve seam show that the accuracy of the seam coordinates acquired with this method is more adequate for high quality welding process.     

Manipulator motion control in operational space using joint velocity inner loops

This paper addresses the operational space motion control—trajectory tracking—of robot manipulators endowed with joint velocity feedback inner loops. A general structure for model-based joint velocity controllers is proposed for the inner loop. The required joint velocity reference is provided by an outer loop inspired from the robot kinematic control approach. It is shown that above two-loops control schemes lead to a nice cascade structure for the corresponding closed-loop systems. A stability result adapted for analysis of this particular kind of systems is developed in the paper; sufficient conditions for global exponential stability of this class of cascade systems are obtained. The effectiveness of the proposed control approach is evaluated on a direct-drive mechanical arm, and compared with a typical control strategy based on inverse kinematics resolution for computation of the desired motion in joint space, and the use of the computed-torque technique. The experimental evidences show better performance of the proposed two-loops controller.     

基于Hamilton理论的可逆冷带轧机速度张力系统无张力计控制

基于反馈耗散Hamilton理论研究了可逆冷带轧机速度张力系统的无张力计控制问题. 首先,对系统速度张力外环(主轧机速度环和左、右卷取机张力控制环)进行预反馈控制, 并采用反馈耗散Hamilton理论完成了速度张力外环控制器的设计. 其次, 为了实现系统的无张力计控制及对摄动参数的自适应估计, 基于"扩张系统+反馈"方法完成了系统速度张力外环自适应状态观测器的设计. 再次, 为了实现可逆冷带轧机主轧机速度和左、右卷取机张力间的协调控制及对外扰不确定项的干扰抑制, 基于backstepping方法完成了系统电流内环鲁棒控制器的设计. 理论分析表明, 所提出的控制方法能够保证闭环系统的鲁棒稳定性. 最后, 基于某1422mm可逆冷带轧机速度张力系统的实际数据进行仿真, 并同串级PI控制方法相比较, 结果验证了本文所提方法的有效性.     

A MATLAB toolkit for composite nonlinear feedback -- improving transient response in tracking control

We present in this article a MATLAB toolkit with a user-friendly graphical interface for composite nonlinear feedback control system design. The toolkit can be utilized to design a fast and smooth tracking controller for a class of linear systems and nonlinear systems with actuator and other nonlinearities as well as with external disturbances. The parameters of the controller can be tuned easily on the user panel or autotuned by the toolkit. The toolkit is capable of displaying both time-domain and frequency-domain responses on its main panel and generating three different types of control laws, namely, the state feedback, the full-order measurement feedback and the reduced-order measurement feedback controllers. The usage and design procedure of the toolkit are illustrated by practical examples on a rotational/translational actuator (RTAC) system and a hard disk drive servo system. The toolkit can be utilized to design servo systems that deal with point-and-shoot fast targeting.     

基于虚拟现实技术的移动机器人视觉伺服控制系统设计

为了有效确保移动机器人视觉伺服控制效果,提高移动机器人视觉伺服控制精度,设计了基于虚拟现实技术的移动机器人视觉伺服控制系统。通过三维视觉传感器和立体显示器等虚拟环境的I/O设备、位姿传感器、视觉图像处理器以及伺服控制器元件,完成系统硬件设计。从运动学和动力学两个方面,搭建移动机器人数学模型,利用标定的视觉相机,生成移动机器人实时视觉图像,通过图像滤波、畸变校正等步骤,完成图像的预处理。利用视觉图像,构建移动机器人虚拟移动环境。在虚拟现实技术下,通过目标定位、路线生成、碰撞检测、路线调整等步骤,规划移动机器人行动路线,通过控制量的计算,实现视觉伺服控制功能。系统测试结果表明,所设计控制系统的位置控制误差较小,姿态角和移动速度控制误差仅为0.05°和0.12m/s,移动机器人碰撞次数较少,具有较好的移动机器人视觉伺服控制效果,能够有效提高移动机器人视觉伺服控制精度。     

Experiments with nontraditional hybrid control technique of biped locomotion robots

By using the previously established zero-moment point theory and the semi-inverse approach [1–4] for solving the artificial gait synthesis based on the prescribed dynamics to part of the active mechanism, in this new approach to dynamic control of legged locomotion robots, the conventional control synthesis, based on complete dynamic robot model, is abandoned. The paper describes the simulation experiments of biped control with a hybrid approach that combines the traditional model-based and fuzzy logic-based control techniques. The combined method is developed by extending a model-based decentralized control scheme by fuzzy logic-based tuners for modifying parameters of joint servo controllers. The simulation experiments performed on a simplified two-legged mechanism demonstrate the suitability of fuzzy logic-based methods for improving the performance of the robot control system.     

基于DSP和STM32的电液伺服控制器设计

基于DSP和STM32的智能伺服控制器在位置闭环反馈伺服控制系统中有着广泛的应用。本设计采用TMS320F28335与STM32F103RET6双核控制器,两者通过SPI进行数据通信分工协作。另外,设计了完善的系统故障自检测报警程序与复合控制算法程序,在提高了系统稳定性与智能化的同时,又提高了整个系统的精度。