基于强化学习的双足机器人的实时避障位置控制

为了提高双足机器人的实时控制能力，提出一种基于强化学习的双足机器人的实时避障位置控制方法。以机器人的双足步行稳定性为控制目标函数，构建双足机器人的实时路径动力学模型，以机器人质心运动的加速度和惯性力矩为被控对象，采用等效碰撞子模型进行双足机器人的实时避障路径规划，采用碰撞子模型和摆动子模型相结合的方法，进行双足机器人行走路径的纠偏参量反馈调节，采用模糊强化学习跟踪方法，进行双足机器人的误差增益控制，实现双足机器人的实时避障位置控制。仿真结果表明，采用该方法进行双足机器人控制的实时避障性能较好，纠偏能力较强，提高了机器人的自适应控制能力。     

基于末端圆周标定的软体机器人刚度独立控制研究

软体机器人进行末端位姿调节时受到稳态误差干扰，导致软体机器人刚度独立控制问题性不好，为了提高软体机器人的末端位姿调节的稳定性，提出一种基于末端圆周标定的软体机器人刚度独立控制方法。采用刚体力学分解方法构建软体机器人的动力学分析模型，采用严格反馈控制方法进行软体机器人的末端位姿记忆性控制，利用比例－积分控制器进行软体机器人的末端圆周标定，采用机器人的逆运动学模型进行软体机器人的刚体独立性调节，在关节空间上通过纠偏量与编程轨迹的自适应镇定性调整实现机器人的末端位姿反馈修正，实现软体机器人的优化控制。仿真结果表明，采用该算法进行软体机器人刚度独立控制的稳态性较好，纠偏能力较强。     

变刚度柔性关节机构的驱动调节控制优化

变刚度柔性关节机构在主-被动复合驱动调节时受到关节部位阻尼的作用,导致驱动调节的全局稳态性不好,提出一种基于复合式幅值饱和非线性状态反馈的变刚度柔性关节机构优化控制设计方法,构造变刚度柔性关节机构的动力学模型,以柔性关节等效刚度、阻尼力和关节弹簧压缩量等参量为控制约束参量,建立变刚度柔性关节机构的被控对象模型,结合幅值饱和非线性状态反馈控制方法进行自适应阻尼误差修正,根据主-被动复合刚度特性进行变刚度柔性关节机构的驱动惯性参量调节,实现关节机构驱动调节控制。仿真结果表明,采用该方法进行变刚度柔性关节机构控制的稳定性较好,驱动调节能力较强。     

面向高变倍场景的变电站巡检机器人云台相机对准方法

受导航误差和机械磨损等因素影响,变电站巡检机器人在自主巡检时的停靠位姿偏离预置位姿,导致其云台相机在高倍变焦抓图时出现目标设备不在图像内以及聚焦失败等问题。因此,提出一种面向高变倍场景的变电站巡检机器人云台相机对准方法,使巡检机器人相机能够精确对准到预置位姿,以拍摄与模板图像一致的高质量巡检图像。首先,建立巡检机器人位姿与像素误差之间的关系模型;然后,基于构造的变电站空间布局假设条件,提出机器人相机位姿误差的近似解法;最后,对相机位姿误差进行正交解耦,使用提出的折半对准控制方法校正相机位姿误差。在巡检机器人真型平台上开展相机对准试验,结果表明,相较于仅调整云台姿态的传统相机对准方法,该方法在高变倍巡检场景中表现出更高的巡检覆盖率、准确率以及更低的巡检图像像素误差。     

基于GA神经网络的两足机器人控制研究

两足步行系统是一种多变量、非线性、强耦合及时变的复杂系统,很难用精确的数学模型来描述步行机器人的动力学系统.采用基于遗传算法的神经网络系统实现对两足步行机器人的稳定性控制.将两足步行机器人零力矩点轨迹作为判断其稳定性的依据,利用遗传算法学习神经网络的权值,使神经网络以较高的精度逼近两足步行机器人的非线性动力学系统,从而控制两足步行机器人稳定行走.最后通过单片机控制两足步行机器人各关节电机的旋转,使它们默契配合,从而形成一个有机整体,共同驱动两足步行机器人按某种固定步态稳定行走,实现了两足步行机器人控制系统的软硬件设计.     

基于径向基神经网络的爬壁机器人姿态调节控制方法

爬壁机器人姿态调节受其运动状态的影响，控制中心难以实时纠正爬壁机器人方向与角度，存在机器人运动失衡的问题，为此设计基于径向基神经网络的爬壁机器人姿态调节控制方法。建立机器人运动方程与静力学方程，判断机器人运动失衡状态，采用径向基神经网络对爬壁机器人姿态进行纠偏控制，并通过控制中心传输指令，实现基于径向基神经网络的爬壁机器人姿态调节控制。实验结果表明，应用所提方法后爬壁机器人偏航角、俯仰角误差与滚转角的误差平均值分别为0.20×10³、0.15×10³、0.45×10³ rad,在无干扰和有干扰的情况下，所提方法控制后到达的位置与目标位置的最大误差分别为2及10 m,体现了爬壁机器人姿态调节控制的优异性能。     

人类控制策略在双足机器人步态控制中的应用

针对双足机器人面临的复杂环境下动态行走的适应性难题,提出一种基于学习人类控制策略的双足机器人步态控制方法。利用三维线性倒立摆模型构造双足行走系统的状态方程,建立人类控制策略的参数化模型,采用支持向量机(SVM)对人类控制策略进行辨识,并以此SVM作为COM控制器,保证躯干始终处于与地面近似垂直的姿态以及连续的质心运动,增强步态控制的鲁棒性,提高双足机器人在复杂环境下行走的动态稳定性。实验验证了此方法的有效性。     

机器人接触式精度测试设备设计

本文研讨机器人关键技术指标一位姿准确度、重复性的测试系统,结合具体的应用实例,通过分析传感器与机器人空间运动关系,提出应用标准测试球进行接触测量工业机器人的位姿准确度、重复定位误差。针对测试设备软硬件设计过程中遇到的实际问题提出具体的解决方法。实际应用证明,该测试系统完全满足设计要求,并具有稳定性好、操作简单、运行可靠等特点,可以作为机器人位姿准确度、重复性的通用测试系统。     

10 kV高压断路器电气试验机器人接线定位误差分析及动态补偿

10kV高压断路器电气试验机器人接线定位误差直接影响机器人接线动作的正常进行以及接线插头与端口的接触性能.为此,在接线插头与断路器端口梅花触头受力分析的基础上,研究了接线定位误差对测试接线的影响,并确定了机器人接线定位允许误差为0.1 mm.建立了六轴机器人Denavit-Hartenberg(DH)连杆坐标系和运动学方程,分析了机器人末端负载和环境温度对接线定位误差的影响机理,重点研究了环境温度变化对机器人运动学参数及末端位姿的影响;建立了保持机器人末端位姿不变条件下各关节旋转角与环境温度的线性回归方程,并提出了基于环境温度和各关节旋转角偏移值的机器人末端定位误差动态补偿方法,即根据环境温度的变化对各关节旋转角偏移值(温度补偿角)进行调整.仿真试验结果表明:所提方法可有效补偿环境温度变化引起的机器人接线定位误差,且环境温度场分布温差在±3℃时仍可将接线定位误差控制在0.1 mm以内.所提方法对提高断路器电气试验机器人定位精度及降低成本费用具有实际工程意义.     

工业机器人位姿准确度、重复性测量仪设计

工业机器人的大量使用,迫切需要对其性能指标进行测试,本文是对机器人关键技术指标一位姿准确度、重复性的测试系统进行研制,结合具体的应用实例,通过分析传感器与机器人空间运动关系,提出用探头法测量工业机器人的位姿准确度、重复定位误差。针对测试设备软硬件设计过程中遇到的实际问题提出具体的解决方法。实际应用证明,该测试系统完全满足设计要求,并具有稳定性好、操作简单、运行可靠等特点,可以作为机器人位姿准确度、重复性的通用测试系统。     

Control of biped walking robot for human living environment

This paper introduces biped robot adaptation to human living environment from viewpoints of battery operation time extension and environmental recognition. These issues are important when robots actually work at home. First, in order to extend battery operation time, we propose energy-saving bipedal locomotion gait. The problem is formulated as an optimal control problem, which is conventionally hard to solve when a target system is complicated. In this paper, partial derivatives appeared in optimal control problem are implicitly represented by using automatic differentiation technique. This approach enables complicated optimal control problem solvable. In combination with receding horizon control, its computation cost is also reduced. Second, we introduce the biped walk tracking based on the camera image mounted on the walking robot, and the visual servoing by the posture change for the purpose of the target image tracking in the camera frame. We propose a new control law to track the rotated target object using the characteristic of the walking, which considered the interference between translational motion and rotational motion. The decoupling is realized by simulations and experiments. As a result, the walking robot tracked the translated and rotated target object without a practical issue. Copyright © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

可穿戴的实时检测走姿矫正仪设计

在走姿矫正导航精度优化问题的研究中,针对当前姿态解算技术的精度不足,设计了一款在Linux环境下嵌入式走姿矫正设计方案,基于先验的位置磁矩迭代修正方程系数的方法,建立迭代误差指标函数及迭代公式,并进行了数值仿真实验。为实现姿态解算中姿态角实时检测,提出将传感器采集到的加速度、角速度以及磁场强度数据进行融合,利用三轴加速度传感器和磁力计的向量偏差来对姿态解算过程中积分累计误差进行修正。最后传感器将数据结果分别通过ZigBee和蓝牙协议将其传输到电脑端或手机APP客户端显示,以达到走姿检测和矫正的目的。实测结果表明,这种方案使得走姿矫正的精度准确度更高,实时检测性能更强。     

大规模并网光伏电站的逆变器控制方法研究

针对大规模并网光伏电站关键部分—并网逆变器,提出适用于并网动态分析的逆变器控制方法。以光伏电站电池的最大输出功率和电网调度指定的功率因数作为受控量的参考值,采用反馈线性化控制策略,实现有功、无功功率的解耦控制,并应用级联PI调节器消除由系统参数估计不准确而产生的静态控制误差。对大规模光伏电站的简单并网系统进行建模及动态仿真,考虑不同功率因数、光照强度及母线故障等因素对逆变器控制有效性进行验证。研究表明,级联PI调节器的参数调节易于实现,且消除了传统方法的静态误差,并验证了该控制方法动态响应速度快且具有良好的稳定性。     

曲面轮廓恒力跟踪的非线性双闭环控制

针对机器人在跟踪未知曲面轮廓运动时,由于缺乏位置信息导致的接触力不恒定的问题,提出了非线性双闭环控制方法。该方法中的双闭环包括运动倾角的实时反馈校正器,以及基于非线性PID的法向接触力控制器。非线性PID控制器是由非线性跟踪微分器(TD)和状态误差反馈(SEF)构造的,基于线性PID框架的非线性控制器。首先,根据受力模型得到基于力反馈的运动倾角校正策略;另外,考虑到多维力传感器维间耦合的影响,对Maxwell三维力传感器的解耦矩阵进行了标定;同时,提出了力信号的自适应惯性滤波方法,改善了滤波器的灵敏度和稳定性,综合性能提高了34.42%;最后,实验验证了双闭环控制方法能有效提高力控制精度和稳定性,具有较强的可执行性和适应能力。     

Position and altitude tracking control for toe support phase of biped walking robot

No paper has been published on the active use of the foot toe of biped walking robots. In other words, the sole of the supporting leg is usually assumed to completely contact the ground. To maintain this condition, the robot walking has a restriction such as the maximum walking speed limitation. If the point contact of the toe to the ground through walking is available, a variety of walking can be realized. In this paper, a new control method for biped robots, in which the contact of the sole to the ground becomes a point contact, is proposed. The COM (Center of Mass) and swing leg can track the desired path and each heel joint angle can be controlled by the proposed controller while a biped walking robot is following a forward falling. Therefore, the motion of the body does not need to be limited to quiet motion. The proposed method is verified by simulation and experimental results with “Ken,” a six‐joint DOF biped robot. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 157(1): 72–79, 2006; Published online in Wiley InterScience ( http://www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20094     

架空输电线路除冰机器人的结构设计

利用机械除冰方法代替人工除冰具有较好的实用意义。应用模块化结构设计及仿生学原理设计了除冰机器人。机器人采用轮式行走装置、双手臂结构,除冰装置采用双旋转刀具组合碾压轮气动伸缩式除冰方式。采用的平衡装置提高了越障时姿态稳定性,加上设计的夹紧保险装置,确保了机器人运动时整个机构的运动平衡。该机器人能够实现对导线一般覆冰情况下的除冰和越障需求,并且可以通过更换机器人的结构模块,可以将除冰机器人转变为巡线机器人达到一机两用的目的,同时通过更改结构模块实现多分裂导线的除冰功能。     

经VSC-HVDC系统并网的风电场反馈线性化滑模控制

以减少风电场并网对电网的影响及提高并网系统鲁棒性为目的,采用基于反馈精确线性化的滑模变结构控制策略对经高压直流输电并网的风电场系统两侧换流站的控制进行设计。首先建立电压源换流器在dq坐标系下的数学模型,然后采用基于精确线性化解耦的滑模变结构控制方法设计高压直流输电系统两侧换流站,解决传统双闭环控制方法调节能力差以及参数整定困难等问题,进一步提高控制系统的抗干扰能力与动态稳定性,最后在Matlab/Simulink中建立经高压直流输电系统并网的风电场仿真模型,对比加入滑模变结构前后的仿真波形图,验证控制系统的各方面性能。