灵长类仿生机器人悬臂飞跃运动控制研究

研究了双臂式灵长类仿生机器人的悬臂飞跃运动仿生控制问题.基于角动量守恒原理,针对机器人进行悬臂飞跃时目标点的位置,规划机器人的空中姿态及身体旋转.基于逆运动学分析方法,获得起飞时刻系统位姿,提出了基于分层滑模控制的悬摆姿态控制策略.仿真实验表明所述控制策略可以实现双臂悬摆机器人的悬臂飞跃运动控制.     

欠驱动旋转双摆系统的模糊控制

旋转双摆系统由一个单电机驱动的旋转臂和两根安装在旋转臂上的未驱动的旋转摆杆组成,是典型的欠驱动系统,模糊控制设计的目的是将两根摆杆稳定在倒立位置的同时将旋转臂控制到原点.首先,基于拉格朗日方程获得系统的非线性动力学模型,进而给出其在不稳定平衡点附近的线性化模型.在进行模糊控制器的设计过程中,由于旋转双摆系统有6个状态变...     

欠驱动旋转双摆系统的建模与仿真

研究倒立摆控制问题,针对旋转双摆系统这一新颖的欠驱动机械系统,而旋转双摆系统是由一个驱动的旋转臂和两个未驱动的旋转摆杆组成,选取驱动臂和两个摆杆的旋转角度作为系统的广义坐标,系统存在不稳定平衡点.为对系统进行稳定性控制,采用拉格朗日方程的方法建立了其动力学模型并总结了系统模型的特殊性质.为了便于进行稳定控制器的设计,给出了近似条件下旋转双摆系统的线性化.对动力学模型进行了仿真实验,仿真结果表明实现了系统的稳定性控制,说明了模型的有效性.     

基于快速起摆的Furuta摆切换控制系统

针对由一个驱动臂和一个未驱动摆杆组成的欠驱动Furuta摆系统,设计了实现其稳定的切换控制系统.控制任务是将未驱动摆杆稳定在上方不稳定平衡点的同时,将驱动臂控制到零点,分为两部分:首先基于部分反馈线性化技术设计一个饱和的状态反馈控制器,将摆杆快速控制到上方不稳定平衡点附近;然后切换到一个线性的全状态反馈控制器,实现系统的稳定控制.仿真实验验证了控制器的有效性.     

双摆机器人摆杆平衡态任意转换运动控制的实现

双摆机器人两摆杆具有一个自稳定(Down-down)和三个自不稳定(Down-up, up-down, up-up)的平衡状态, 4个平衡状态之间可以构成12个相互转换的运动动作和8个自旋动作. 本文运用基于动觉智能图式的仿人智能控制理论, 设计具有基于特征辨识多控制模态结构的控制器; 采用``类等效'的系统建模方法和改进型遗传算法, 实现双摆机器人模型的精确辨识和其多模态控制器多参数的整定与优化, 并解决了多控制模态之间的平滑切换, 以及从仿真研究到实时控制成功的快速过渡等关键问题. 以(Down-up)向(Up-down)状态的转换为例, 说明了如何实现四个平衡状态之间的任意相互转换的运动控制, 并介绍了仿人智能控制器设计的详细过程. 仿真与实时控制的实例证明了设计理论与方法的有效性.     

基于能量强耦合的双摆型塔机消摆控制北大核心CSCD

为解决非线性双摆型塔式起重机欠驱动系统负载两级摆动幅值大、定位精度不高、抗干扰能力差的问题,基于能量强耦合的分析方法研究了塔式起重机转臂转动与两级摆角摆动之间的耦合关系,设计了一种防摆控制器,并通过李雅普诺夫方法和拉萨尔不变性原理证明了系统的稳定性。仿真实验结果表明,与其他应用广泛的控制方法相比,所提控制策略明显提升了负载的运送效率,有效地抑制了负载的两级摆角,消除了残余摆角,并且控制驱动力矩不会对系统造成冲击;在系统参数、目标位置变化和加入综合性外界干扰时,控制器具有优良的鲁棒性。所提控制策略具有良好的适应性和控制性能。     

基于逆系统方法的内模控制在吊车消摆运动中的应用

针对非线性、欠驱动的桥式吊车水平运动系统，先运用非线性逆系统方法将其转化为伪线性系统，然后按照线性系统理论设计内模控制器来控制吊车的水平定位．同时设计了一个角度反馈控制器来确保摆角迅速衰减．最后和常规PID、模糊控制做了比较．实验结果表明，本方案能保证定位无静差、摆角迅速衰减，同时具有良好的抗干扰能力和较强的鲁棒性，控制效果优于PID和模糊控制．     

平面倒立摆自适应滑模模糊控制

采用拉格朗日方程建立平面倒立摆的动力学模型，并将其在平衡位置进行线性化，得到了系统在X和Y两个正交控制方向解耦的近似模型．针对每一个控制方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统组成的欠驱动系统，设计了自适应滑模模糊控制器，实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的运动平衡控制．行走实验验证了所提出控制算法的有效性．     

倒立摆控制系统研究综述

回顾了倒立摆控制系统研究的历史.对各种类型的倒立摆系统进行了分析,阐述了不同倒立摆系统的共性以及特性.结合PC+运动控制器这一运动控制系统结构,通过机理建模、动态特性分析、仿真以及实际系统实现等综述了倒立摆控制系统设计过程.并对其中可能出现的问题进行了分析与综合,提出了较为详细的解决办法与步骤.     

基于滑模方法的桥式吊车系统的抗摆控制

针对桥式吊车这类欠驱动系统，提出一种基于滑模控制的抗摆方法．该方法将系统状态分成两组。构造出一种双层滑动平面．结合桥式吊车系统数学模型的特点。求取了总的滑模控制量并进一步设计了控制器的参数．采用Lyapunov方法，从理论上证明了各级滑动平面的稳定性．仿真结果验证了该方法对于桥武吊车系统抗摆控制的有效性．     

灵长类仿生机器人悬臂运动仿生控制综述

灵长类仿生机器人是通过智能机械手段模仿灵长类运动的一类机器人,针对其悬臂运动仿生的控制研究是该领域的热点.综述了目前灵长类仿生机器人悬臂运动仿生控制的研究方法,给出了悬臂运动仿生控制的一般方法与基于"动态伺服"理论的悬臂运动仿生控制策略,提出了悬臂运动仿生控制中亟待解决的若干问题,并对今后灵长类仿生机器人悬臂运动仿生控...     

Mechanism and control of mechatronic system with higher degrees of freedom

We introduce two types of dexterous locomotion robots and their controller design approaches. One is a simplified two-link robot “Brachiator II”. This is an example of an underactuated system where a robot mechanism has higher degrees of freedom than actuators. The desired motions are encoded as the output of a target dynamical system inspired by the pendulum-link motion of an ape's brachiation. The other is a monkey-type robot “Brachiator III” which achieves a more dexterous motion with 13 degrees of freedom. The desired motion is generated in an empirical learning process by a learning algorithm and an intelligent structure, in which the learning algorithm adjusts the coordination levels of some primitive motions in order to generate the desired motion. This is an example of a redundant mechanism. We discuss the advantages of these two design approaches.     

Intelligent robots as artificial living creatures

This article introduces a multi locomotion robot, MLR III, which has multiple locomotion types, i.e., not only brachiating but also walking. Conventionally we have studied dexterous locomotion robots and their controller design. One is a simplified two-link robot, Brachiator II. This is an example of an underactuated system in which a robot mechanism has more degrees of freedom than actuators. The desired motions are encoded as the output of a target dynamical system inspired by the pendulum-link motion of an apes brachiation. The other is a monkey-type robot, Brachiator III. Brachiator III achieves a dexterous motion using redundant degrees of freedom. The motion is generated in an empirical learning process on an intelligent structure, on which the learning algorithm coordinates some primitive motions to generate the desired motion. MLR III is an extended locomotion robot that has multiple types of locomotions: brachiation, bipedal walking, and quadrupedal walking, similar to a monkey or gorilla. This article introduces the mechanism and controller design for brachiating motion.This work was presented, in part, at the 8th International Symposium on Artificial Life and Robitics, Oita, Japan, January 24–26, 2003     

输入有界的自由漂浮柔性空间机器人轨迹跟踪控制

针对自由漂浮柔性空间机器人轨迹跟踪控制问题, 首先利用拉格朗日和假设模态法建立了动力学模型. 分析系统动力学模型, 综合考虑欠驱动、柔性振动等特点, 将其简化为一种带有柔性振动扰动完全可控的动力学模型; 在此基础上, 考虑控制输入受限, 提出一种自适应状态反馈控制策略. 该策略采用自适应技术实时在线学习柔性振动扰动参数, 从而保证控制律对柔性振动扰动具有良好的鲁棒性; 最后, 基于Lyapunov方法证明了该控制策略能够实现关节期望轨迹的跟踪. 仿真验证了该控制策略对控制输入受限系统轨迹跟踪控制的有效性和可靠性.     

Robust adaptive control of an underactuated free-flying space robot under a non-holonomic structure in joint space

This paper introduces a robust adaptive control scheme for an underactuated free-flying space robot under non-holonomic constraints. An underactuated robot manipulator is defined as a robot that has fewer joint actuators than the number of total joints. Because, if one of the joints is out of order, it is so hard to repair the joint, especially in space, the control of such a robot manipulator is important. However, it is difficult to control an underactuated robot manipulator because of the reduced dimension of the input space, i.e. the non-holonomic structure of the underactuated system. The proposed scheme does not need to assume that the exact dynamic parameters must be known. It is analysed in joint space to control the underactuated robot mounted on the space station under parametric uncertainties and external disturbances. The simulation results have shown that the proposed method is very feasible and robust for a two-link planar free-flying space robot with one passive joint.     

基于能量的Acrobot动态伺服控制

研究了Acrobot垂直平面欠驱动机械臂的动态伺服控制问题.动态伺服控制不同于定点控制和轨迹跟踪控制,而是利用欠驱动系统中存在的周期轨道特性,实现对轨迹的动态跟踪.首先通过对比单摆运动规律寻找到周期轨道所满足的条件;然后利用Lyapunov稳定性理论设计反馈控制律,并给出控制律存在的一系列条件;最后分析了系统中存在的奇点及其对收敛性的影响.仿真实验表明了所设计的控制器是有效的.     

Energy based control of the Pendubot

This paper presents the control of an underactuated two-link robot called the Pendubot. We propose a controller for swinging the linkage and raise it to its uppermost unstable equilibrium position. The balancing control is based on an energy approach and the passivity properties of the system     

Periodic motions of the Pendubot via virtual holonomic constraints: Theory and experiments

This paper presents a new control strategy for an underactuated two-link robot, called the Pendubot. The goal is to create stable oscillations of the outer link of the Pendubot, which is not directly actuated. We exploit a recently proposed feedback control design strategy, based on motion planning via virtual holonomic constraints. This strategy is shown to be useful for design of regulators for achieving: stable oscillatory motions, a closed-loop-design-based swing-up, and propeller motions. The theoretical results are verified via successful experimental implementation.     

机器人手臂混合控制器的设计

多数视觉伺服研究中,不考虑机器人的动力学特性,把机器人当作一个理想定位设备。本文考虑其动力学特性,采用基于FNN和CMAC控制器方法,实现了机器人对目标运动的跟踪。并对一个二连杆视觉伺服系统进行了仿真,仿真结果说明了算法的有效性。较好的解决视觉伺服控制中的定位精度难点,改进机器人的视觉控制算法,达到精确、非线性的鲁棒控制。     

欠驱动两足步行机器人研究现状

针对欠驱动两足步行机器人的研究现状与发展趋势进行了探讨。首先,总结了被动行走和踝关节欠驱动两足机器人的研究现状,介绍了欠驱动两足步行机器人的基本研究方法,包括问题描述、步态规划、运动控制和稳定性判定等,并对欠驱动两足机器人需要进一步研究的问题和发展方向进行深入研究,最终目标是将欠驱动控制策略应用于两足步行机器人的行走过程控制,以提高其运动性能。