SCARA型机械手的鲁棒防振控制

对ＳＣＡＲＡ型机械手的防振控制进行研究，提出了两自由度鲁棒控制法，应用μ控制理论设计鲁棒反馈控制器，保证了系统的鲁棒稳定性及鲁棒性能指标；基于模型匹配法设计前馈控制器，组成两自由度控制系统，进一步改善了闭环系统的跟踪特性。仿真研究表明，与传统的ＰＤ控制相比，该控制系统能对机械手前端的残留振支进行有效的抑制，取得较好的轨迹跟踪特性。     

基于H∞的双足机器人关节控制方法研究

本文利用拉格朗日法建立了双足步行机器人的动力学模型,从中提取出干扰和摄动.通过分析和求解H∞状态反馈控制问题,设计了一个鲁棒控制器,该控制器既能使双足步行机器人控制系统对干扰不敏感,又对摄动保持稳定.得到H∞控制器后,给出了双足步行机器人的全局关节控制系统,并且对双足步行机器人进行了仿真实验,实验结果验证了控制方法的有效性.     

基于Sigmoid函数的机器人鲁棒滑模跟踪控制系统设计

为了保证机器人能够在保持稳定的情况下,按照规划轨迹执行工作任务,从硬件和软件两个方面,设计了基于Sigmoid函数的机器人鲁棒滑模跟踪控制系统。装设机器人传感器与状态观测器,改装机器人鲁棒滑模跟踪控制器,完成系统硬件设计;综合机器人结构、运动机理和动力机制3个方面,构建机器人数学模型;根据状态数据采集结果与规划轨迹之间的偏差,计算机器人跟踪控制量;依据滑模运动与切换方程,利用Sigmoid函数生成机器人鲁棒滑模控制律,将生成控制指令作用在机器人执行元件上,实现系统的鲁棒滑模跟踪控制功能;在系统测试与分析中,所设计控制系统的平均位置跟踪控制误差为0.93 mm,与设定轨迹目标基本重合,机器人姿态角跟踪控制误差为0.06 mm,具有较好的鲁棒滑模跟踪控制效果,能够有效提高机器人鲁棒滑模跟踪控制精度。     

基于鲁棒开环解耦的系统逆二自由度控制

针对MIMO系统的轨迹跟踪,提出一种基于鲁棒开环解耦的系统逆二自由度（2DOF）控制方法．该方法通过鲁棒开环解耦解决MIMO系统的耦合问题,利用系统逆2DOF控制保证轨迹跟踪性能．首先提出一种保证预补偿器阶数最小和解耦系统鲁棒性的鲁棒开环解耦方法;然后结合鲁棒开环解耦和系统逆2DOF控制,给出系统逆前馈控制和H∞混合灵敏度鲁棒反馈控制器的设计方法;最后通过设计实例及仿真结果验证了该控制方法的有效性．     

机器人鲁棒控制器参数演化设计

论文将讨论具有控制输入幅值限制的机器人轨迹跟踪控制问题。将利用基于信号补偿的鲁棒控制方法设计机器人的子关节系统控制器。该控制器由标称控制器和鲁棒补偿器组成。标称控制器对于一标称受控对象实现所希望的轨迹跟踪特性,鲁棒补偿器则用于减小实际受控对象和标称受控对象之间的差异对跟踪特性的影响。当输入存在饱和约束的情况下,对鲁棒补偿器进行了修改,并且基于演化寻优的方法求取鲁棒补偿器参数。     

考虑交流伺服电机动力学特性的并联机构鲁棒轨迹跟踪控制方法研究

以外移动副驱动，含平行四边形支链结构的3自由度平动并联机构为对象，提出一种鲁棒轨迹跟踪控制方法. 在分别建立了机构和交流伺服电机动力学模型，及考虑了因模型简化和外部干扰造成的不确定性影响基础上设计了一种可有效抑制上述因素影响的鲁棒轨迹跟踪控制，并在理论上证明了系统的稳定收敛并具有抗干扰的能力. 对不同轨迹跟踪仿真结果表明，该方法可保证跟踪误差的一致终值有界.     

基于误差状态方程的机械臂H_∞最优控制北大核心CSCD

针对不确定性二自由度机械臂的跟踪控制问题,为了同时保证控制系统的鲁棒稳定和鲁棒性能,提出了基于跟踪误差线性状态方程的H∞最优控制方法。首先建立了二自由度机械臂系统轨迹跟踪误差的状态方程,考虑系统中存在的不确定性和未知扰动,对误差状态推导出基于线性二次型性能指标的鲁棒H∞最优控制律,该控制律不仅保证了控制系统的鲁棒稳定而且使控制系统达到给定性能指标下的鲁棒最优性能。同时证明了闭环系统的渐进稳定性和线性二次型最优。由提出的广义控制力进而得到机械臂的控制力矩,实现鲁棒控制。最后应用simulink对系统进行仿真,仿真结果验证了方法的正确性和有效性。     

基于误差状态方程的机械臂H_∞最优控制

针对不确定性二自由度机械臂的跟踪控制问题,为了同时保证控制系统的鲁棒稳定和鲁棒性能,提出了基于跟踪误差线性状态方程的H∞最优控制方法。首先建立了二自由度机械臂系统轨迹跟踪误差的状态方程,考虑系统中存在的不确定性和未知扰动,对误差状态推导出基于线性二次型性能指标的鲁棒H∞最优控制律,该控制律不仅保证了控制系统的鲁棒稳定而且使控制系统达到给定性能指标下的鲁棒最优性能。同时证明了闭环系统的渐进稳定性和线性二次型最优。由提出的广义控制力进而得到机械臂的控制力矩,实现鲁棒控制。最后应用simulink对系统进行仿真,仿真结果验证了方法的正确性和有效性。     

不确定机器人的鲁棒计算力矩控制

本文研究了存在扰动和参数不确定因素时机器人的轨迹跟踪控制问题.给出了一种鲁棒计算力矩控制方案,它由改进力矩发生器和鲁棒补偿器组成,该方案具有下述特点:①不依赖精确机器人模型;②容忍一定程度的计算误差。这给模型简化、减轻控制计算机运算负担、缩短运算时间提供了一条途径;③保证被控机器人具有渐近跟踪理想轨迹的能力.这些结论通过仿真实验已初步得到证实.     

机器人鲁棒自适应分散控制

本文提出一种新颖的鲁棒自适应分散控制策略，用于不确定性机器人的轨迹跟踪．该控制器结构非常简单，由一个线性ＰＤ反馈＋补偿不确定动力学的非线性自适应反馈构成，能够有效的克服通常难于建模的摩擦力和外部扰动影响，而唯一需要了解的只是各关节输出的位置及速度状态，最后保证全局的渐近稳定．二自由度机器人的仿真证明了该法的有效性．     

Realization of a hydraulic actuated biped robot walking without double support phase

This paper introduced a new walking pattern generation method for biped robots without active roll joint at the ankle and described a simple walking pattern generation method for the robot without using ZMP (Zero Moment Point) information directly. Firstly, the paper introduced a hydraulic actuated biped robot with eight degrees of freedom, which had payload capacity. Secondly, the paper provided a dynamic balance control method in the lateral plane. Not as the inverted pendulum model, this control method was also available for biped robot without active roll joint at the ankle. Thirdly, in order to decrease the vibration, the paper tried to keep the robot walking with an approximate constant speed in the frontal direction. Finally, weight loading experiments in the MD.DAMS simulation environment and physical prototype empty load experiments were used to verify the effectiveness of the proposed walking pattern methods.     

仿人机器人相似性运动轨迹跟踪控制研究

提出一种基于带观测器的条件状态反馈控制的仿人机器人相似性运动轨迹跟踪控制方法.首先,分析了7连杆双足机器人动力学模型,阐述了其运动能量方程与动力学特征方程; 其次,基于带观测器的状态反馈控制器原理,构建起三维倒立摆平衡控制模型; 最后,由线性二次型调节器确定状态反馈增益矩阵,使机器人轨迹跟踪误差最小化,以复现出较高相似度的双足步行运动效果.实验验证了该方法的有效性.     

A procedure to find equivalences among dynamic models of planar biped robots

In this paper, a method to find equivalences among dynamic models is presented. The models are given in different generalized coordinates for the same mechanical system. This novel method is valid for planar biped robots, i.e., those whose motions are executed only in a plane. We show that no matter which generalized coordinates are used to get the dynamic models, there is always an equivalence among them by using a particular input matrix. We exhibit some advantages of getting the dynamic model using absolute coordinates instead of relative coordinates, and we show how to calculate the input matrix for getting the equivalence between these models. Because of its simplicity, a compass-like biped robot model is used as example to explain in detail the novel procedure. In order to appreciate the benefits of the proposed procedure in biped robots of high degrees of freedom, we also present the equivalence between two dynamic models for the single support phase of a 5 degrees of freedom biped robot using absolute coordinates and relative ones.     

面向离散地形的欠驱动双足机器人平衡控制方法

欠驱动双足机器人在行走中为保持自身的平衡,双脚需要不间断运动.但在仅有特定立足点的离散地形上很难实现调整后的落脚点,从而导致欠驱动双足机器人在复杂环境中的适应能力下降.提出了基于虚拟约束(Virtual constraint,VC)的变步长调节与控制方法,根据欠驱动双足机器人当前状态与参考落脚点设计了非时变尺度缩放因子,能够实时重构适应当前环境的步态轨迹;同时构建了全身动力学模型,采用反馈线性化的模型预测控制(Model predictive control,MPC)滚动优化产生力矩控制量,实现准确的轨迹跟踪控制.最终进行了欠驱动双足机器人的随机离散地形稳定行走的仿真实验,验证了所提方法的有效性与鲁棒性.     

基于双目视觉导航的仿生机器人鲁棒控制算法

仿生机器人在定姿过程中受到空间扰动因素的影响容易产生控制误差,需要对机器人进行精确标定,提高仿生机器人的定位控制精度,因此提出一种基于双目视觉导航的仿生机器人鲁棒控制算法。利用光学CCD双目视觉动态跟踪系统进行仿生机器人的末端位姿参量测量,建立被控对象的运动学模型;以机器人的转动关节的6自由度参量为控制约束参量,建立机器人的分层子维空间运动规划模型;采用双目视觉跟踪方法实现仿生机器人的位姿自适应修正,实现鲁棒性控制。仿真结果表明,采用该方法进行仿生机器人控制的姿态定位时对机器人末端位姿参量的拟合误差较低,动态跟踪性能较好。     

The motion control of a statically stable biped robot on an unevenfloor

This work studies the motion control of a statically stable biped robot having seven degrees of freedom. Statically stable walking of the biped robot is realized by maintaining the center-of-gravity inside the convex region of the supporting foot and/or feet during both single-support and double-support phases. The main points of this work are framing the stability in an easy and correct way, the design of a bipedal statically stable walker, and walking on sloping surfaces and stairs.     

双足机器人HEUBR-1 样机研制与实验研究

模拟人的肌肉驱动方式,为双足机器人HEUBR-1 设计了二自由度的空间并联机构,并将其应用于双 足机器人HEUBR-1 下肢关节,实现了一种新的串并混联的仿人下肢结构．在HEUBR-1 的足部增加了足趾关节,使 机器人能够模拟人的行走方式,实现真正的拟人步态行走．阐述了双足机器人HEUBR-1 稳定拟人行走的关键性技 术,提出了综合稳定性判据,分析了拟人的多种步态．通过拟人行走步态实验分析,验证了双足机器人HEUBR-1 串 并混联的仿人结构的设计合理性及拟人步态分析的准确性．     

A binary approximating method for graspable region determination of biped climbing robots

For a biped pole-climbing robot (BiPCR) with grippers, it is an essential demand to determine the target grasp configuration for climbing and transiting between poles, with the graspable region as a priori knowledge. The graspable region on the target pole is critically important for climbing path planning and motion control. To efficiently compute the graspable region for a BiPCR, we propose a novel binary approximating method in this paper. This method may also be applied to generate the three-dimensional (3-D) workspace of a manipulator with constant orientation. The grasping problem and the concept of graspable region for a BiPCR are first introduced. The binary approximating method and the corresponding algorithms are then presented to generate the graspable region. Additional constraints on a biped climbing robot with five degrees of freedom (DoFs) are presented as a supplement to the algorithm. A series of comprehensive simulations are conducted with the five-DoF and six-DoF climbing robots to verify the effectiveness of the proposed method. Finally, the dexterity of biped climbing robots with different DoFs is discussed.     

伸缩腿双足机器人半被动行走控制研究

研究半被动伸缩腿双足机器人行走控制和周期解的全局稳定性问题.使用杆长可变的倒立摆机器人模型,以支撑腿的伸缩作为行走动力源,采用庞加莱映射方法分析了双足机器人行走的不动点及其稳定性.当脚与地面冲击时,假设两腿间的夹角保持为常数,设计了腿伸缩长度的支撑腿角度反馈控制率.证明了伸缩腿双足机器人行走过程不动点的全局稳定性.仿真结果表明,本文提出的腿伸缩长度反馈控制可以实现伸缩腿双足机器人在水平面上的稳定行走,并且周期步态对执行器干扰和支撑腿初始角速度干扰具有鲁棒性.     

Fuzzy-neuro position/force control for robotic manipulators with uncertainties

The performance of a controller for robot force tracking is affected by the uncertainties in both the robot dynamic model and the environmental stiffness. This paper aims to improve the controller’s robustness by applying the neural network to compensate for the uncertainties of the robot model at the input trajectory level rather than at the joint torque level. A self-adaptive fuzzy controller is introduced for robotic manipulator position/force control. Simulation results based on a two-degrees of freedom robot show that highly robust position/force tracking can be achieved, despite the existence of large uncertainties in the robot model.