多机器人协同吊运系统的协调动态载荷分配

针对多机器人共同吊运同一个物体形成闭运动链的协调系统,利用用牛顿-欧拉法建立了系统的广义动力学方程.研究了多机器人协调吊运系统动态载荷的一种实时性分配方法.根据各机器人的承载力,用线性加权方法使被吊运物质心处的内力有限并获得了系统的载荷分配原则.随后根据被吊运物的期望运动,给出了系统动态载荷分配的解析表达式,并进而可计算得到各机器人的期望工作载荷.最后,采用ABB工业机器人搭建吊运平台,实验验证所获得的载荷分配方法.研究结果为进一步研究多移动机器人协调吊运系统的载荷分配问题打下基础.     

紧耦合多机器人协调吊运系统建模和稳定性分析

基于紧耦合多机器人协调吊运系统的运动稳定性分析,提出了一种基于柔索拉力变化率及比值的方法来综合评价系统的运动稳定性。首先建立了耦合系统的运动学和动力学模型,接下来分析了紧耦合多机器人协调吊运系统的运动稳定性,当各条柔索拉力变化率很小,且比值均接近于1时,系统的运动稳定性较好。最后对一类吊运系统的运动学和运动稳定性进行了仿真,验证了方法的有效性。研究结果为柔索紧耦合多机器人协调吊运系统的有效工作空间分析和最优轨迹规划奠定了基础。     

欠约束多机器人并联协调吊运系统运动控制

针对吊运过程中如何协调控制各机器人以实现负载高精度快速运动问题,采用了一种基于动力学模型前馈补偿+PD反馈的欠约束多机并联协调吊运系统轨迹跟踪控制方法。利用位置几何关系进行了逆运动学分析,并采用拉格朗日方程建立了系统的逆动力学模型。考虑到模型不确定性及外界扰动,采用前馈补偿+PD反馈控制方法进行轨迹跟踪控制。为了使被吊运物的轨迹跟踪控制更加快速准确,采用遗传算法对PD参数进行优化。理论分析和数值仿真结果表明,控制方法实现简单,能够快速有效地跟踪被吊运物的运动轨迹,满足被吊运物轨迹跟踪精度的要求。     

基于能量分析的欠驱动飞行吊运系统协同控制

旋翼无人飞行器具有灵活性强、机动性高的特点, 能够在复杂环境下运送由于地形限制地面机器人所无法 处理的物品. 然而, 当单个飞行器难以完成任务时, 需要多飞行器协同运作以提高系统的运送能力. 相比单飞行器 吊运系统而言, 多飞行器协同系统具有更高的自由度, 更为复杂的系统动态耦合; 这就为实际控制带来了巨大挑战. 在本文中, 作者提出了一种基于能量分析的控制方法. 首先构造储能函数, 在此基础上设计了控制输入, 可依据实 际需求选择控制增益, 确保控制量在约束范围内; 同时避免期望姿态的奇异性问题. 随后, 对闭环系统稳定性进行了 分析. 在与现有方法的仿真对比中可以看出, 该控制律具有良好的控制性能, 对不确定参数和外界干扰表现出了较 好的鲁棒性.     

旋翼飞行机器人研究进展

旋翼飞行机器人是面向空中自主作业需求,将旋翼飞行器与多自由度机械臂相结合所提出的新型机器人.该机器人作业过程中旋翼飞行器、机械臂与作业目标之间的动态相对运动以及与作业目标接触过程中未建模外力、力矩扰动使自主控制受到极大挑战.本文将针对旋翼飞行机器人的结构演变及关键技术、作业机构集成技术进行综述.从动力学建模及动力学特性分析、动态运动约束/力约束下的协调规划、非结构环境下的运动和作业控制、面向任务动态操作的环境感知、面向任务的实验系统构建与实验验证五个方面初步构建了旋翼飞行机器人自主作业理论体系.     

多机器人系统任务分配的研究进展

多机器人系统任务分配是机器人研究领域一个关键的研究课题。从多机器人任务分配分类及问题描述、多机器人任务分配的研究动态等方面对多机器人任务分配进行了综述,并根据近期文献探讨了多机器人系统任务分配需要解决的若干重要问题。     

一种基于理性原则的多机器人协调控制

自组织多机器人系统具有一定的柔性,且鲁棒性强,但系统建模复杂,优化协调控制困难.以多机器人系统的自组织自约束决策模型为基础,提出了一种多机器人系统的理性协调控制方法,并分析了这种方法与最优控制方法的关系.     

基于多机器人的微机器人足球比赛系统

微机器人足球比赛是将多机器人的协调控制、实时视觉系统、无线电通信、策略知识库系统、多传感器融合及计算机软/硬件等各种技术综合在一起的非常复杂的智能机器人应用系统.文中主要介绍能作微机器人足球比赛的MRS—1型多机器人系统.该系统由三部分组成:第一,组成球队,并能进行足球比赛的多微机器人系统;第二,对多机器人进行控制的主控系统,包括:对足球比赛的动态环境(包括自己和对方)做全面了解和分析的实时视觉系统,对各机器人与主控系统之间起联络作用的无线电通信系统,以及根据动态环境产生比赛策略的主计算机系统;第三,比赛环境,包括:比赛场地、球及裁判员,在整个比赛过程中,场外人员不允许用操纵杆、口令或其它方法干预比赛,机器人完全独立、自主地进行比赛,因此这种微机器人足球比赛是能考验机器人的智能化程度和自主性的新方法.微机器人足球比赛不但会推动多机器人系统的各种关键技术的发展,而且也会促进实际足球比赛的战术策略的发展.     

3自由度旋翼飞行机械臂系统动力学建模与预测控制方法

旋翼飞行机械臂(rotorcraft aerial manipulator,RAM)系统是安装在飞行机器人上的可操作型机械臂,悬停模式下执行准确的空中操作时旋翼无人机与所加机械臂之间存在相对扰动,通过分离机械臂与飞行机器人进行动力学建模并不能有效消除这种扰动.本文基于对相互扰动力学作用的分析建立整体动力学模型,并在悬停飞行模式下将其简化为线性控制参考模型.进而对旋翼系统控制延时所引起的动力学扰动进行补偿,同时设计预测控制器来消除末端执行器的位置和姿态误差.最后,在存在内部和外部扰动的情况下,设定销钉插入操作任务进行控制方法的对比仿真.末端执行器位姿偏差的仿真结果表明了模型结构与控制方法的有效性.     

四旋翼微型飞行器控制系统设计

四旋翼微型飞行器是一种以4个电机作为动力装置,通过调节电机转速来控制飞行的欠驱动系统;为了实现四旋翼微型飞行器的自主飞行控制,对飞行控制系统进行了初步设计,并且以C8051F020单片机为计算控制单元,给出了飞行控制系统的硬件设计,研究了设计中的关键技术;由于采用贴片封装和低功耗的元器件,使飞行器具有重量轻、体积小、功耗低的优点;经过多次室内试验,该硬件设计性能可靠,能满足飞行器起飞、悬停、降落等飞行模态的控制要求。     

基于自适应遗传算法的小型无人旋翼机系统辨识方法

提出一种基于自适应遗传算法的小型无人旋翼飞行器系统辨识方法.通过机载传感器设备,系统采集小型无人旋翼机的输入信号(舵机的控制信号)和输出信号(飞行器的姿态及速度等信息);经过数据预处理后,利用自适应遗传算法构建小型无人旋翼飞行器高精度动力学模型,并通过仿真和实验对模型的自效性进行验证.实验表明,基于本文提出的动态模型,...     

六轴旋翼碟形飞行器控制系统软件设计及仿真研究

采用了控制不同电机转速组合的方法,对六轴旋翼碟形飞行器进行姿态控制,使六轴旋翼碟形飞行器在不同姿态下飞行时具有较好的性能;为了实现六轴旋翼碟形飞行器的飞行控制,对飞行器的控制系统进行了初步的设计,并且给出了控制系统软件设计流程图;同时以ProtuesISIS软件为基础建立了六轴旋翼碟形飞行器控制系统的仿真模型,并进行了仿真,仿真结果显示该控制系统能够满足六轴旋翼碟形飞行器起飞、悬停及降落等控制姿态的要求。     

超小型旋翼机系统悬停状态的辨识仿真研究

建立了超小型旋翼机系统的非线性参数化模型. 通过把非线性模型在悬停点线性化,得到用物理参数描述的系统姿态运动的线性模型;基于其离散状态空间模型,采用子空间方法进行线性系统识别．仿真结果表明：子空间方法可以较准确地辨识所推导的超小型旋翼机系统悬停状态的线性物理参数模型,从而能获得系统的一些难以准确计算或测量的主要物理参数．     

基于CPS架构的旋翼无人机组合定位建模研究

针对在特殊地区连续导航和组合导航冗余技术的问题,提出基于信息物理融合系统架构的BDS/GPS/SINS组合导航的旋翼无人机定位方案。以六旋翼为运载体,采用超紧组合导航结构和联邦式滤波结构建立模型,通过Simulink虚拟定位仿真,得到较为精确的位置信息。进一步搭建旋翼无人机物理融合定位系统实验平台,该平台的BDS/GPS接收机接收由NSS8000多星群模拟器提供的虚拟卫星导航电文信号,方便用户对CPS虚拟和现实环境的人机交互界面进行操作。通过定位信息融合进行基于BDS/GPS/SINS超紧组合导航的室内飞行实验,失星下定位精度都能达到2.0?m±0.5?m。仿真和实验结果表明,该定位系统具有信息物理融合的鲁棒性和安全可靠性。     

高空风电系统的优化控制研究进展与挑战

为了实现“碳达峰,碳中和”的战略目标,我国将持续推动可再生能源的高比例发展,构建以新能源为主的新型电力系统.作为可再生的清洁源,风能的开发和利用已成为研究的重要方向.研究表明远离地面的高空中风速更加强劲并且更均匀,风向也更稳定,因此,风力发电的进一步突破可以通过用风筝捕获高空风能来实现.为了确保高空风能系统安全、经济、高效地运行,对其控制系统设计的要求极高.本文阐述了国际上几种主流高空风电技术的发电原理、发展进程以及现状.通过对典型的Yo-Yo式结构进行动力学建模,分析了各类非线性控制技术的原理和特点,具体描述了非线性模型预测控制原理和轨迹跟踪控制的仿真结果.总结了未来高空风能控制技术面临的控制算法计算量大,控制系统可靠性研究缺乏以及智能化水平不高等关键问题.     

Design and Implementation of a Flight Control System for an Unmanned Rotorcraft using RPT Control Approach

In this paper, we apply a so‐called robust and perfect tracking (RPT) control technique to the design and implementation of the flight control system of a miniature unmanned rotorcraft, named HeLion. To make the presented work self‐contained, we will first outline some background knowledge, including mainly the nonlinear flight dynamics model and the inner‐loop flight control system design. Next, the highlight of this paper, that is, the outer‐loop flight control system design procedure using RPT control technique, will be detailed. Generally speaking, RPT control technique aims to design a controller such that (i) the resulting closed‐loop system is asymptotically stable, and (ii) the controlled output almost perfectly tracks a given reference signal in the presence of any initial conditions and external disturbances. Since it makes use of all possible information including the system measurement output and the command reference signal together with all its derivatives (if available) for control, RPT control technique is particularly useful for the outer‐loop layer of an unmanned aircraft. Both simulation and flight‐test results will be presented and analyzed at the end of this paper, and the efficiency of the RPT control approach will be evaluated comprehensively.     

On Trajectory Tracking Model Predictive Control of an Unmanned Quadrotor Helicopter Subject to Aerodynamic Disturbances

In this article a model predictive control (MPC) strategy for the trajectory tracking of an unmanned quadrotor is presented. The quadrotor's dynamics are modeled using a hybrid systems approach and, specifically, a set of piecewise affine (PWA) systems around different operating points of the translational and rotational motions. The proposed control scheme is dual and consists of an integral MPC for the translational motions, followed by an MPC scheme for the tracking of the quadrotor's attitude motions. By the utilization of PWA representations, the controller is computed for a larger part of the quadrotor's flight envelope, which provides more control authority for aggressive maneuvering. The proposed dual control scheme is able to calculate optimal control actions with robustness against atmospheric disturbances (e.g. wind gusts) and with respect to the physical constraints of the quadrotor (e.g. maximum lifting forces or fixed thrust limitations in order to extend flight endurance). Extended simulation studies indicate the efficiency of the MPC scheme, both in trajectory tracking and aerodynamic disturbance attenuation.