机器人机械臂的鲁棒最优控制

基于拉格朗日方程,把多关节机器人机械臂动力学模型转化成一线性状态方程。然后,针对此线性状态方程,通过解一线性二次型优化问题,得到鲁棒最优控制律,保证了关节变量全局渐近收敛。最后,以两关节机器人为例,仿真结果表明所设计的控制律的有效性和鲁棒性。     

可穿戴式人体姿态检测系统设计

针对临床康复中人体关节活动度检测评估和康复机器人动作示教不方便、训练参数设置繁琐等问题,设计一种价格低廉、运动数据采集方便直观的人体姿态检测系统。系统采用MPU6050惯性测量单元,利用I~2C通信实现多通道传感器数据的采集上传,在上位机LabVIEW环境下基于互补滤波算法实现人体关节角度的检测。通过与某公司生产的三维步态分析及运动训练系统进行比对,证实此系统准确可靠,并利用此系统进行卧式下肢康复训练机器人示教动作采集,实现了机器人示教功能。     

基于LQR最优调节器的三自由度直升机控制系统

三自由度直升机实验平台包含了一个典型的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强藕合控制系统本文研究分析了三自由厦直升机控制系统的数学模型，介绍了线性二次型最优调节器（LQR）的基本原理，并针对直升机控制系统的平衡控制问题，设计了线性二次型最优调节器（LQR），以实现对三自由度直升机的最优控制，MATLAB仿真实验结果表明了该方法有较好的控制效果。     

一种欠驱动柔性机器人模型的建立及控制

采用Lagrange建模方法建立了欠驱动柔性自平衡机器人的数学模型,对柔性关节部分考虑了其弹性势能,仿真验证了模型的正确性,刚度越大,机器人上半身角度跟踪越快.采用线性二次型最优控制有效地控制了柔性机器人的平衡问题,通过实验,验证了在状态不完全可观测情况下系统的可控性,实验表明,只需机器人上半身部分安装传感器即可控制机器人达到平衡状态.对机器人结构的设计提供了参考.     

δ算子下的网络控制系统最优控制方法

研究网络控制系统的随机最优控制问题,提出了针对随机时延的网络控制系统最优控制律和二次型性能指标极小的控制律设计方案．在δ算子域内应用动态规划理论．设计网络控制系统的最优状态反馈和输出反馈控制律,得到的线性二次型高斯控制器可对系统中的随机长时延进行动态补偿．最后通过实例仿真验证了上述最优控制方案的可行性和有效性．     

磁导航AGV纠偏控制模型的研究与设计

针对轮式移动机器人循迹偏差问题,以差速驱动型AGV为研究对象,基于LQR(LinearQuadratic Regulator)线性二次型最优控制算法设计磁导航AGV纠偏控制器,控制AGV速度实现循迹跟踪。通过对磁导航AGV偏差建模,将决定AGV运行的驱动电机线性化,建立其状态空间模型,判别系统能控、能观性;同时用Matlab进行仿真设计,实验得到最佳Q、R完成最优控制器设计;通过Simulink设计基于LQR最优控制算法的AGV纠偏控制系统模型,并与传统PID控制算法进行对比分析表明,论文设计的基于LQR算法纠偏控制模型具有更好的收敛性和实时响应性。     

旋臂式倒立摆的控制设计与仿真

针对旋臂式倒立摆的稳定控制问题,建立了二阶旋臂式倒立摆系统的数学模型,运用连续系统线性二次型最优控制理论,设计了旋臂式倒立摆控制系统的线性二次型调节器,使倒立摆系统在闭环状态下稳定。运用Matlab进行仿真,通过与传统的极点配置方法相比较,发现最优控制效果更好。     

基于集中式智能控制系统上位机数据采集算法

将集中式控制系统常用的二层结构改进为智能化三层结构的设计方案,即传感器、智能巡检仪和上位机;上位机既可以直接读取传感器的数据也可读取智能巡检仪的采集数据;此方案较好地解决了二层结构所出现的问题,并且也适合较大规模的其它类型的控制系统;但这种设计方案存在当传感器数量规模较大时上位机所采集数据出现丢失现象;针对上述存在的问题,提出了一种新的利用数据库的历史数据及工艺控制曲线的线性特征的数据采集补赏算法,该算法可以较好地解决数据丢失的问题;最后文章以温控系统为例设计了仿真平台,仿真了在较大规模控制环境下提出的算法性能,从实验结果可以发现,文章提出的方法可以弥补数据丢失问题,具有一定的实用性能。     

三级倒立摆的LQG最优控制应用研究

针对三级倒立摆的强耦合不稳定性,应用线性二次型高斯最优控制的方法,设计LQG控制器,对其进行Matlab仿真研究,仿真结果表明,设计的控制器能很好的对倒立摆进行稳定控制,且具有较好的抑制噪声和抗干扰能力.     

不确定时滞系统的全局鲁棒最优滑模控制

针对一类不确定性时滞系统, 研究线性二次型最优调节器的鲁棒性设计问题. 首先基于级数近似方法, 将原标称时滞系统的最优调节器问题转化为迭代求解一族不含时滞的两点边值问题, 从而获得标称时滞系统最优控制的近似解. 然后将滑模控制理论应用于最优调节器的设计, 使得系统对于不确定性具有全局的鲁棒性, 并且其理想滑动模态与标称系统的最优闭环控制系统相一致, 从而实现了全局鲁棒最优滑模控制. 仿真示例将所提出的方法与相应的二次型最优控制进行比较, 验证了该方法的有效性和优越性.     

面向直接示教的机器人负载自适应零力控制

相对于基于末端多维力传感器的直接示教工业机器人,基于关节扭矩传感器信息的机器人可接触范围大,且安全性更好.但在变负载的复杂工况下,加上受到机器人自身摩擦力、重力、惯性力的影响,示教效率受到制约.为此,本文提出了一种零力控制方法.首先,引入柔性关节机械臂的动力学模型作为被控对象,并分析了该模型中电机摩擦力、惯量以及机械臂重力在直接示教过程中的影响.然后,为精确补偿机器人自身的重力,基于QR分解与最小二乘理论进行参数辨识.而且针对机器人更换末端执行器或抓取物品后模型参数发生变化的情况,提出一种变负载自适应零力控制方法.最后,在自主研发的7自由度协作型机器人平台上进行了实验.机械臂自身重力参数辨识后的模型最大计算误差在关节额定力矩的4%以内,单关节力牵引实验中通过调节零力控制参数,牵引力矩可由约13 N·m下降到约2 N·m.变负载下的机器人牵引实验中,控制器能够在10 s内更新参数.实验结果表明,在负载变化的情况下,该控制方法可帮助操作者轻松地拖拽机器人进行精准、高效的直接示教.     

基于状态反馈线性二次型最优控制器的设计

基于状态反馈的线性二次型最优控制的研究已经取得了较好的效果,设计一款基于状态反馈的线性二次型最优控制器,并将它用在一个实际的状态方程中进行设计.该文所设计的控制系统结构简单,成本低,且易于实现.通过仿真实验以及性能指标的比较,仿真结果表明所设计的控制器是有效的,对系统的动态响应具有较好的跟踪效果,且抗扰能力较强.     

基于示教与视觉纠偏的机器人自动焊接方法研究

给出了一种示教与纠偏相结合的焊缝跟踪方法,用于实现机器人的自动焊接．针对传统的示教再现机器人,由激光视觉传感器测量实际路径与示教路径之间的偏差．机器人控制器根据示教路径和偏差,对焊枪的运动方向和位置进行调整,实现焊缝跟踪．利用六自由度机器人和激光结构光视觉传感器设计了实验系统,对所提方法进行了实验．实验结果验证了该方法的有效性．     

关节型机器人运动学仿真及控制系统设计

关节型机器人各运动关节动态特性和控制系统的稳定性直接影响机器人以及轨迹规划的可达性。以IRB140关节型机器人为研究对象,依据标准D-H参数法和空间位姿变换理论推导出机器人正向运动学数学模型,并采用机器人逆运动学和改进后的五次多项式插值算法实现了机器人在关节空间下进行轨迹规划时各运动关节速度和加速度过渡平滑的目的。最后,搭建机器人控制系统实验平台,实验结果表明,所设计的关节型机器人控制系统能够准确、稳定的控制各关节运动,精准地完成不同运动路径下的夹取搬运任务,满足实际生产工作要求。     

远程高空滑翔UUV的最优控制设计与仿真

针对远程高空滑翔UUV突防段飞行高度稳定控制问题,建立了远程高空滑翔UUV的数学模型,并运用连续系统线性二次型最优控制理论,设计了远程高空滑翔UUV控制系统的线性二次型调节器。最后利用Matlab仿真平台,分别采用线性二次型最优控制理论和传统PID方法对远程高空滑翔UUV的突防段进行仿真,结果表明,采用最优控制的远程高空滑翔UUV控制系统振荡次数明显减少,抗扰动能力强,为以后该理论在高空滑翔UUV上的实际应用,提供了理论依据和参考。     

一种气动肌肉拮抗驱动机器人关节的类人运动控制方法

为了实现气动人工肌肉拮抗驱动机器人关节系统的类人运动控制,针对该系统严重非线性的特点,本文将其控制问题视为一个非线性最优控制问题,根据人体手臂关节运动的最小加加速度模型设定系统的最优控制性能指标,首先采用扩张状态观测器将机器人关节模型线性化得到积分器串联标准型,然后在线性化模型基础上设计最优控制律,使机器人关节具有与人手臂关节相似的无约束运动轨迹.仿真结果表明,采用本文算法,机器人关节能实现大运动范围(0～120°)的类人运动,关节运动轨迹对负载的改变(1 kg～5 kg)不敏感,并且关节运动具有较好的抗扰动能力.在机器人关节实验平台上通过实物实验验证了算法的有效性,并进一步讨论了控制器参数的设计规则.本文算法需要整定的参数只有2个,适用于气动肌肉拮抗驱动关节的类人运动控制,能够满足协作机器人在本质安全性、运动柔顺性以及类人运动模式等方面的要求.     

基于大数据聚类分析的爬壁机器人位姿定位控制系统设计

为提高爬壁机器人运动位姿精准度与稳定性,解决现有位姿定位控制系统存在的控制效果不佳的问题,利用大数据聚类分析技术,通过软、硬件结构的设计,实现爬壁机器人位姿定位控制系统的优化。改装爬壁机器人位姿传感器、爬壁机器人驱动元件、爬壁机器人位姿定位控制器的内部连接结构及工作方式,扩大系统存储器的存储空间,通过系统电路的连接完成硬件系统的设计。根据爬壁机器人的组成结构和工作机理,建立机械结构与运动模型。在构建模型下,采集爬壁机器人实时运行数据,利用大数据聚类分析技术处理初始采集数据,判定爬壁机器人的当前位姿。规划爬壁机器人位姿及关节轨迹,结合当前爬壁机器人的运行数据,计算爬壁机器人位姿定位控制量,在控制器的约束下,实现爬壁机器人位姿定位控制功能。通过系统测试实验得出结论：通过设计位姿定位控制系统的应用,爬壁机器人样机的足端轨迹控制误差、关节角度控制误差和占空比控制误差均低于预设值,即设计系统具有良好的位姿定位控制效果。     

基于加速度传感器的下肢康复机器人示教训练

将康复治疗人员的临床治疗经验与康复机器人的训练结合,能够有效提高已有下肢康复机器人的训练性能,为此提出一种基于加速度传感器的示教训练方法及无线数据采集系统。通过已有的外骨骼式下肢康复机器人,分析并推导出关节角度与末端轨迹的关系及关节加速度与关节角度的关系。通过加速度信息分析出轨迹信息从而控制训练轨迹。研发的无线数据采集系统提取康复师训练时患者下肢加速度信息并转化成轨迹信息,进而被用于康复机器人示教训练控制。实验结果证明,该系统能够满足康复机器人的示教训练要求。     

人工智能驱动的农业采摘机器人自动化控制系统设计

针对农产品采摘人力不足的问题，该文设计了人工智能驱动的农业采摘机器人自动化控制系统。在农业采摘机器人主体结构中安装多种传感器，采集测量数据及工作图像；通过传输层无线通信模块将所采集数据及图像传输至控制层；控制层利用微控制器处理数据，获取采摘机器人位置与姿态数据，将该数据输入至PID控制算法中，再采用BP神经网络优化PID控制算法，输出最佳PID控制参数；应用层电机驱动模块接收到控制参数后，依据控制参数自动控制运行动作，实现自动化控制。实验结果表明，该系统可以精准控制采摘机器人运行，且控制精度在0.99以上。     

自主越障巡线机器人控制系统设计

为了自主越障巡线机器人能够安全可靠地完成各项线上工作任务,将其控制系统整合划分为三个子系统：机载控制系统、远程上位机、实时视频传输系统,通过各子系统之间的通信、配合来提高系统整体的稳定性与可靠性。机载控制系统负责电机驱动、电源管理、传感器数据采集、接收与处理远程上位机指令等任务;远程上位机负责发送控制指令、接收并处理机载系统传回的信息(传感器数据、电机状态、机器人状态等);实时视频传输系统负责将机载相机采集的原始或处理后的视频、图像传回后台,以便于远程巡检、控制、故障排查等的使用。在完成了各子系统的设计与软硬件实现后,针对各子系统的各项功能在架空输电线路上进行了多项验证实验,验证了设计的自主越障巡线机器人控制系统的可靠性与稳定性。