绳牵引摄像机器人的力位混合稳定性评价方法

Firstly, in order to assess the stability of the camera robots, a stability performance index with combination of force and position is proposed based on the determinations of the cable tensions for a camera robot. Furthermore, the stability performance index is described using the weighted average method, and meanwhile,the stability workspace is designed with the stability performance index. Secondly, a robust workspace with the external wrench is selected to compare with the stable workspace above for the camera robots. Finally, simulation results show that it is suitable to employ the stable performance to evaluate the stability of the camera robots.     

非完整移动机器人鲁棒控制方法研究

针对基于单目视觉的双轮差速移动机器人检测环境目标信息的误差大、波动频繁、有限视角约束且受非完整性约束特点,研究了避障与轨迹跟踪控制器的设计问题。首先基于李亚普诺夫稳定理论,设计了双轮差速移动机器人的圆弧轨迹控制器,并证明了控制器的稳定性。引入动态变化的参考角度以调节控制器因子,解决了系统受视觉传感器有限的视野范围约束及机器人运动轨迹优化问题。通过跟踪圆心沿多边形边界连续移动的圆弧轨迹,实现机器人避开多边形障碍物。仿真和实际机器人实验证明了所提出方法的有效性。     

一种仿人机器人协作运动控制方法

根据仿人机器人协作运动的控制特点,构建2个仿人机器人进行球体搬运协作运动模型,并提出了一种基于二阶锥控制原理的多仿人机器人运动稳定性的控制方法.通过对协作运动过程中各种稳定性进行联合约束,构建二阶锥规划方程,将运动稳定性最优控制问题转换成二阶锥规划方程的优化问题.仿真与实验结果表明,该控制方法可以有效控制仿人机器人的协作运动并确保其稳定性.     

非完整移动机器人的鲁棒镇定

本文针对一类典型的不确定非完整运动学系统--两轮驱动的平面移动机器人,研究了其鲁棒镇定问题。首先给出单目摄像机下的移动机器人的视觉模型,然后建立（2.0）型非完整移动机器人的运动学模型,在视觉参数未知的情形下,设计一种能使系统渐近稳定的控制器,并严格证明了闭环系统的稳定性,仿真结果验证了所设计控制器的有效性。     

小型仿人机器人步行稳定控制方法研究

针对小型仿人机器人足部异常着地姿态对步行稳定性的重要影响,提出了一种基于力分布的快速着地柔顺控制方法,使机器人能够根据着地时地面反作用力的分布情况,快速判断足部着地姿态,通过实时调节踝关节实现机器人的快速着地柔顺控制。该方法结合基于零力矩点（Zero Moment Point,ZMP）和身体姿态的平衡控制方法,在运动调节功能的协调下,形成了一个较为完备的小型仿人机器人实时稳定控制体系。     

基于干扰观测器的非对称液压缸鲁棒运动控制

为实现对比例阀控制非对称液压缸系统的高性能位置伺服控制，提出了基于干扰观测器的新型鲁棒运动控制方法.在闭环控制中采用干扰观测器，对各种外部力扰动和系统参数变化进行估计并引入相应补偿，从而提高系统运动性能和鲁棒稳定性；对于比例阀中位死区，基于名义模型位置输出信息的新型补偿策略，保证在不牺牲系统动态品质的情况下，能有效地避免阀芯的频繁切换.对挖掘机器人关节液压缸系统进行计算机仿真的结果表明，该方法对外部力扰动和参数变化均具有很强的鲁棒性，且新型比例阀死区补偿环节能明显增强液压系统运动的平稳性.     

基于PMAC的SCARA机器人运动控制研究

利用PMAC作为运动控制器，对KLD-400型SCARA机器人进行了运动控制，在对机器人进行正逆运动学分析的基础上，借助于PMAC提供的循环缓冲区，利用VC＋＋6．0语言开发了运动控制软件，以实现机器人的示教、搬运、搭积木等控制，并可进行正逆运动学分析．     

考虑万向轮扭转角扰动轮式移动机器人轨迹跟踪

为了研究轮式移动机器人运动过程中万向轮扭转的扰动对其轨迹跟踪的影响,提出了一种考虑前端万向轮摩擦扰动及其质心与几何中心不重合的轨迹跟踪控制方法。首先,建立了考虑万向轮扭转角扰动的轮式移动机器人动力学模型;其次,根据位姿误差模型,采用反步法设计虚拟速度控制器收敛系统位姿误差;然后,结合扰动观测器对机器人行进过程中万向轮扭转所带来的摩擦扰动进行估计,构造出一种基于积分滑模思想的力矩控制器以保证速度追踪;最后,利用Lyapunov稳定性理论对系统的稳定性和渐近收敛进行证明。仿真及实验结果表明,将万向轮摩擦所带来的扰动反馈给动力学控制器,可以减轻控制器的负载。与忽略万向轮扰动的控制方法相比,轮式移动机器人的位置误差最大值的均方根值降低了37.37%,提高了运动系统的稳定性。     

基于地面特征的单目视觉机器人室内定位方法

针对高精度的机器人室内定位方法中成本过高的问题,提出一种基于地面特征的单目视觉机器人室内定位方法。该方法通过安装在机器人底盘的单目鱼眼摄像头采集地面图片,并经过一系列图像处理,将得到的地面方格直线和相机的位姿关系作为观测量,通过推导出观测方程并根据扩展卡尔曼滤波算法得到机器人的位置信息。基于机器人当前时刻位置数据和地面的固定方格大小提出线预测算法,有效地排除干扰线段的影响。实验结果表明,该机器人室内定位方法定位精度可以达到2 cm,具有较好的鲁棒性,能够为低成本的机器人室内定位提供较好的技术参考。     

摄像机主动位姿协同的人脸正视图像获取方法

为了主动调整摄像机的位置姿态以在物方空间降低由人脸旋转带来的影响,提出人脸-摄像机主动位姿协同方法. 利用工业摄像机与同步带类运动控制器搭建位姿协同环境,根据单像空间后方交会方法求解运动人脸姿态角和相对位置,计算人脸、摄像机和运动控制器各坐标系之间的映射关系,摄像机运动由相邻采样时刻摄像机相对位置和人脸姿态角计算得出的摄像机协同位姿控制,主动、实时地获取人脸正视图像. 实验表明,运动轴上的摄像机点位误差小于10 mm,取得的人脸正视图像提高了人脸纠正的精准度与鲁棒性.     

基于视觉的移动机器人轨迹跟踪

借助视觉反馈,研究了质心与几何中心不重合的非完整移动机器人轨迹跟踪控制问题。利用固定在天花板上的摄像机系统,作者提出了一种基于视觉伺服的运动学跟踪误差模型;基于这个模型,在质心与几何中心和视觉参数未知的情形下,作者设计了自适应轨迹跟踪控制器,并运用李雅普诺夫方法严格证明了闭环系统的稳定性。Matlab仿真证明了控制器的有效性。     

双足机器人动态上下楼梯的规划与控制

针对双足机器人上、下楼梯时的稳定行走问题,结合机器人动态上、下楼梯的约束条件,规划双足机器人动态上、下楼梯的步态,并提出了相应的稳定性控制策略。其中,机器人侧向平面采用保持机器人质心动态平衡的规划方法,通过调整躯干侧向最大偏移量,实现机器人侧向平面的稳定;机器人前进方向和重力方向采用三次多项式拟合的步态规划方法,通过传感器反馈的躯干姿态角及相应的角速度信息,结合楼梯台阶信息,调整机器人前进方向和重力方向质心的位置,保证机器人运动的稳定性。仿真结果验证了该方法的有效性。     

一种并联机器人双目主动视觉监测平台避障方法的研究

一种基于圆型轨道的双目主动视觉监测平台的建立,解决了并联机器人的“盲”工作状态问题。然而在摄像机和并联机器人的加工位置之间常常有障碍物出现,为了避免摄像机的观测视线被遮挡,提出了一种在摄像机运动空间上求解障碍区域的方法。该方法中引入了最小面积凸包围盒算法,简化了求解过程,从而能实现视觉监测平台的快速避障。算例实验表明该方法是正确、有效的。     

谐波驱动并联机器人的加速度反馈抑振控制

研制出一种结构紧凑、简单实用的平面并联机器人系统,采用谐波传动并且在其输出端位置反馈的驱动与控制形式,提高机器人系统的位置分辨率和定位精度;基于机器人驱动关节加速度反馈控制,抑制因系统高速运动引起的弹性振动,对机器人系统进行了数值仿真与实验研究,与不具备加速度反馈时的情况相比较,证明了该控制策略的可行性和有效性。     

Stable Transition of Quadruped Rhythmic Motion Using the Tracking Differentiator

Since the quadruped robot possesses predominant environmental adaptability, it is expected to be employed in nature environments. In some situations, such as ice surface and tight space, the quadruped robot is required to lower the height of center of gravity (COG) to enhance the stability and maneuverability. To properly handle these situations, a quadruped controller based on the central pattern generator (CPG) model, the discrete tracking differentiator (TD) and proportional-derivative (PD) sub-controllers is presented. The CPG is used to generate basic rhythmic motion for the quadruped robot. The discrete TD is not only creatively employed to implement the transition between two different rhythmic medium values of the CPG which results in the adjustment of the height of COG of the quadruped robot, but also modified to control the transition duration which enables the quadruped robot to achieve the stable transition. Additionally, two specific PD sub-controllers are constructed to adjust the oscillation amplitude of the CPG, so as to avoid the severe deviation in the transverse direction during transition locomotion. Finally, the controller is validated on a quadruped model. A tunnel with variable height is built for the quadruped model to travel through. The simulation demonstrates the severe deviation without the PD sub-controllers, and the reduced deviation with the PD sub-controllers.     

空间机器人的可变增益滑模控制方法

针对空间机器人抓捕目标的轨迹跟踪过程,提出了一种基于可变增益的滑模控制算法,并利用MATLAB/Simscape对空间机器人的理论动力学模型和控制算法进行了仿真校验。首先,基于拉格朗日法构建了空间机器人的动力学模型,并给出了系统参数不确定时的动力学方程。设计了一种滑模控制器,在控制器中引入了可变增益,该增益可根据系统的不确定性和系统的运动状态进行调整,从而使控制器具有很强的鲁棒性。基于Simscape Multibody软件模块,对空间机器人的理论动力学模型进行了验证。在此基础上,针对多关节运动和系统模型不确定两种情形,利用可变增益滑模控制算法进行了空间机器人的轨迹跟踪仿真实验。实验结果表明,与传统的计算力矩法相比,本文提出的控制算法呈现出更高的运动控制精度和误差收敛速度。     

Resonance Suppression Strategy for Humanoid Robot Arm

To address the problem of resonance in the control of a robot arm, a resonance suppression strategy is proposed for a single-joint humanoid robot arm based on the proportional-resonant(PR) controller. First, an arm joint model of the humanoid robot is established. Then the influence of resonance frequency on the performance of the control system with the robot arm is analyzed. The voltage fluctuation of the drive motor caused by the changes in arm motion is recognized as the disturbance of the current loop. The PR controller has the characteristic of disturbance rejection at a specific frequency. The output fluctuation of the driving system caused by the change of arm motion state at the resonance frequency is suppressed. Therefore the output current of the inverter will not be affected by the vibration of the arm at the resonance frequency. Finally, the control system is verified by MATLAB/Simulink simulation. The simulation results demonstrate that the control strategy for the humanoid robot arm based on the PR controller can suppress the resonance of the arm effectively, improving the dynamic performance and system stability.     

利用分解加速度方法的机器人柔顺控制

机器人手臂在装配和制造生产上的应用,需要柔顺控制。意思是控制和监视机器人手臂的位置和力。本文提出了在作业空间基于分解运动加速度的稳定的精确的柔顺控制方法,在此系统的研制中使用了机器人手臂的动态模型,这种方法是通过把分解运动加速度方法和Raibert-Craig混合控制方法结合起来而导出的。对此方法的系统稳定性给予了分析,并对各种作业条件进行了仿真研究,结果表明所提出的柔顺控制方案具有满意的性能和较好的实用前景。     

采用模糊逻辑的移动机器人轨迹跟踪

针对差动轮驱动的移动机器人动力学的高度非线性和运动环境的不确定性,提出了基于模糊逻辑的移动机器人路径跟踪控制方法。该方法通过合理选择模糊控制器的参数和优化规则库,使其输出合适的线速度和角速度,从而控制移动机器人准确地跟踪预规划的路径。提出了两轮差动式移动机器人的动力学模型,使得该模糊控制器对不同几何参数的差动式机器人具有普遍的适应性。在实际场地试验和亚太机器人大赛中验证该方法的有效性。     

一类非线性系统的自适应模糊滑模控制设计

针对一类含非匹配不确定项的非线性系统提出一种稳定的自适应模糊滑模控制方法。构造线性切换面确保滑动运动稳定，利用趋近率构造理想控制，用监督控制确保系统状态有界，用模糊逻辑系统逼近其连续项，用补偿切换来消除逼近误差，该方法有效地结合了自适应模糊控制和滑板控制的优点，控制器构造简单，稳定条件弱，控制性能好，仿真结果也证明了此方法的有效性。