空间机器人捕获目标的自适应控制

本文首先推导了基座姿态受控空间机器人系统运动学关系,得到了广义雅可比矩阵。根据目标的运动来规划机械臂末端在惯性空间的期望轨迹。对机器人动力学和运动学关系进行线性参数化,分别对动力学待估参数和运动学待估参数设计在线修正律,在关键空间采用自适应控制。对于存在动力学参数不确定性的机器人系统,该自适应控制算法保证了系统的渐近稳定,在完成目标捕获任务的同时,控制基座姿态保持在期望范围之内。以平面两关节空间机器人系统为对象进行了仿真,结果表明了算法的可行性和有效性。     

受限机器人运动的自适应控制

本文基于[4]中对受限机器人运动方程的变换,给出了一种自适应控制方案,使得在系统某些参数未知的情况下,机器人末端操纵器的位置运动及其与刚性、无摩擦的工作环境之间的接触力渐近趋于期望值,本文中的仿真例子验证了给出的自适应控制方案的有效性。     

空间机器人姿态稳定方法研究

研究机器人动态优化问题,空间机器人的动力学耦合特性会影响系统的稳定性.空间机器人由于机械运动基座产生扰动,影响姿态稳定.通过建立空间机器人的动力学模型,结合动力学耦合特性分析了空间机器人的零反作用空间.提出基于零反作用空间的基座姿态稳定方法,实现了机械臂与基座的动力学解耦.不采用反作用飞轮或反作用喷气装置,即可使空间机器人的基座姿态达到稳定,达到了节省星上能源,延长空间机器人使用寿命的目的.在Matlab上进行数值仿真实验,结果验证了方法的有效性和可行性.方法能够为空间机器人在轨操作提供理论依据.     

机器人运动规划中的姿态空间建模方法研究

提出机器人运动规划中的一种姿态空间建模方法,其基本思想是在工作空间中定义具有某种特征的点为基本碰撞体,可用于机械臂在复杂环境中的运动规划建模。实验表明该建模方法是有效可行的。     

应用于力矩受限自由漂浮空间机器人的神经网络自适应控制

在控制力矩受限情况下,为实现具有模型不确定性自由漂浮空间机器人的轨迹跟踪控制,文章设计了一种新的神经网络自适应控制策略;首先,用双曲函数对控制力矩输入进行限制;其次,设计一种神经网络自适应控制律,对输入力矩受限条件下的非线性系统模型进行在线逼近,同时,利用鲁棒项对神经网络逼近误差和外界干扰进行消除;最后,根据李雅普诺夫理论,证明了所设计控制策略能够使自由漂浮空间机器人系统渐进稳定;仿真实验表明,该控制策略在无需建立复杂系统模型的情况下,便能够对控制力矩进行有效限制,从而使自由漂浮空间机器人在控制力矩受限情况下得到较好的控制.     

空间机器人系统的自适应控制

对于载体姿态可控的空间机器人系统，本文给出了一种笛卡空间自适应控制算法，当系统的动力学参数未知时，该算法可以保证对手端期望位置轨迹的渐近跟踪，并且不需要测量关节加速度。应用文中算法对二杆平面空间机器人系统进行仿真研究。证实了算法的有效性。     

一类受限柔性机器人的鲁棒性力／位置控制方法*

本文研究受限柔性连杆机器人的力／位置控制问题，首先导出受限柔性机器人的动力学模型，然后借助于微分几何理论将动力学模型转化为仿射非线性形式，再使用非线性反使系统线性化，最后对线性子系统设计变结构补偿器，使控制方法具有较高的精度和强鲁棒性。     

任务空间内空间机器人的鲁棒复合自适应控制

对于本体姿态受控而位置不受控的空间机器人系统,其任务空间内自适应控制的难点在于系统的Jacobian矩阵与系统的动力学参数有关,因此当系统存在参数有确定性时,无法通过运动学关系式将任务空间轨迹精确地转换为关节空间轨迹。为解决任务空间内的轨迹跟踪操和任务,本文提出了一种鲁棒复合适应控制方法,证明了当系统存在参数不确定性及非参数不确定性（包括扰动、未建模动态）时,这种方法可以保证系统全局一致最终有界。仿真结果验证了算法的有效性。     

Learning Control of Robot Manipulators in Task Space

Two important properties of industrial tasks performed by robot manipulators, namely, periodicity (i.e., repetitive nature) of the task and the need for the task to be performed by the end‐effector, motivated this work. Not being able to utilize the robot manipulator dynamics due to uncertainties complicated the control design. In a seemingly novel departure from the existing works in the literature, the tracking problem is formulated in the task space and the control input torque is aimed to decrease the task space tracking error directly without making use of inverse kinematics at the position level. A repetitive learning controller is designed which “learns” the overall uncertainties in the robot manipulator dynamics. The stability of the closed‐loop system and asymptotic end‐effector tracking of a periodic desired trajectory are guaranteed via Lyapunov based analysis methods. Experiments performed on an in‐house developed robot manipulator are presented to illustrate the performance and viability of the proposed controller.     

骨科机器人空间设计方法研究

在分析骨科临床手术环境中各类空间的基础上,用带有约束激活函数的集合对临床空间进行了描述．采用机器人占有空间、医生占有空间、手术对象空间、手术器械占有空间、机器人工作空间、机器人有限灵活空间、误差敏感系数等概念,结合骨科临床手术环境,提出了骨科机器人空间设计的内容和方法．通过空间设计,合理使用骨科机器人的有限灵活空间,可以提高机器人的手术精度,简化机器人的结构,增加机器人的安全可靠性．最后,以双平面骨科机器人的空间设计为例,验证了方法的可行性．     

移动机器人编队视觉定位方法研究

该文提出一种基于视觉的移动机器人编队定位方法。该方法采用基于纹理的图象对机器人进行标识,然后使用纹理中的特征点对机器人的位置和姿态进行估计,使用最小二乘算法使估计结果误差最小。实验证明该方法能够有效地对编队的移动机器人定位,同时对环境干扰具有鲁棒性。     

空间机器人分布式滑模变结构控制方法

针对空间机器人的动力学特性和星载控制系统的结构特点,分别基于干扰上确界和比例切换,设计了2种分布式滑模变结构控制方法,以实现在存在不确定干扰和关节摩擦力矩情况下基座姿态和关节运动的综合控制.首先给出了空间机器人的动力学模型和关节低速摩擦力矩模型,并以两自由度空间机器人为例,介绍了2种分布式滑模变结构控制方法的推导过程.通过仿真实验,对2种控制方法进行了对比,结果表明分布式变结构控制方法在简化算法的同时,能够保证系统控制性能,并对干扰和参数变化具有较强的鲁棒性.     

空间机器人分布式控制系统

针对六自由度机器人控制系统的特点以及空间环境对系统的影响,提出基于双冗余设计思想的分布式视觉伺服控制系统。该系统由主控制计算机和关节控制器、手爪控制器、手眼视觉控制器等多个节点组成。系统采用冷热两级双冗余CAN总线作为各模块问的通信总线,各节点均采用双冗余设计。各智能节点通过主控计算机的规划和协调完成对机器人系统的控制功能,解决了空间机器人控制系统处理能力、空间适应性和通信实时性等问题,并进行了系统集成和性能、功能的测试,验证了该设计方案的可行性。     

自由飞行空间机器人系统的协调运动控制

考虑由载体和机械臂组成的空间机器人系统的协调控制问题,提出了一种新的协调控制策略.该策略首先利用简单的变结构控制器粗略控制载体的运动,进而设计机械臂控制器以保证手端精确跟踪其期望的运动轨迹.应用该策略分别对手端自由运动和受限运动设计了相应的控制器,并对两杆平面空间机器人系统进行了仿真,证实了控制策略的有效性.     

空间机器人捕获运动目标的协调规划与控制方法

针对目标以任意轨迹运动且其轨迹可能与``有保证工作空间'不相交的问题, 提出了空间机器人捕获运动目标的协调规划与控制方法. 首先, 根据手眼视觉测量数据, 预测目标的运动路径, 由此确定空间机器人对目标的最优交会姿态及最佳捕获臂型; 其次, 规划基座姿态及机械臂关节角的轨迹; 最后, 采用协调控制的方法, 实现空间机器人系统对运动目标的最优捕获(以最优交会姿态及最佳捕获臂型对目标进行捕获). 仿真结果表明了该方法的有效性.     

双臂空间机器人姿态控制的再生核解法

对于双臂n自由度(n为正整数)空间机器人的姿态控制问题,在控制算法中,利用再生核替代传统的Fourier基函数,能克服Fourier变换不能用于局部分析的缺点,且对奇性敏感,求解稳定,并能提高控制精度,因此该文给出了一种基于再生核理论的最优控制算法．同时给出了双臂n自由度空间机器人广义雅可比矩阵的求导公式．该求导公式较以往的推导方法具有显式、易求的特点．在数值试验中,针对双臂三自由度空间机器人的模型进行了仿真,结果表明,利用文中提出的再生核解法解决双臂空间机器人的姿态控制问题是有效的。     

基于不确定性机器人的跟踪控制策略研究

针对不确定刚体连杆机器人在动力学建模时参数不精确以及未被考虑的干扰因素可能引起的控制系统品质的恶化问题,提出一种轨迹跟踪控制方案。控制器由基于标称模型设计的计算力矩控制器和基于不确定性因素设计的鲁棒跟踪补偿控制器组成,结构比较简单。计算力矩控制器使标称系统跟踪期望轨迹;鲁棒补偿控制器则用于消除参数误差带来的不确定性影响。理论分析和仿真证明了控制方法的有效性。