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Xilinx FPGA自主配置管理容错设计研究

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宇航学报 2012年第10期33卷 1519-1527页

作者：顾义坤倪风雷刘宏哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

针对SRAM型FPGA在空间辐射环境下容易受到单粒子效应影响的问题,在分析可重配置的XilinxFPGA的结构和故障模式的基础上,提出一种基于自主配置管理的Xilinx FPGA容错设计方案。综合运用诸如逻辑电路三模冗余、块存储器EDAC校验、动态回... 详细信息

针对SRAM型FPGA在空间辐射环境下容易受到单粒子效应影响的问题,在分析可重配置的XilinxFPGA的结构和故障模式的基础上,提出一种基于自主配置管理的Xilinx FPGA容错设计方案。综合运用诸如逻辑电路三模冗余、块存储器EDAC校验、动态回读、动态局部重配置及周期全局重配置等方法实现故障的屏蔽、检测和修复。该方案覆盖了FPGA的各种单粒子效应故障模式,并且在芯片内部实现了自主配置管理,具有体积小、成本低、可靠性高的特点。

关键词：现场可编程门阵列容错单粒子效应自主配置管理

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柔性机械臂试探前行的碰撞响应控制策略

西安交通大学学报 2011年第9期45卷 21-27页

作者：党进倪风雷刘业超刘宏哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001 德国宇航中心机器人与机电一体化研究所慕尼黑82230

针对柔性机械臂在碰撞过程中的安全问题,仿照人类在黑暗环境中摸索前进的行为提出了一种试探前行的安全碰撞响应控制策略.控制器采用变刚度阻抗控制策略,先根据碰撞对象来调节系统刚度,以实现与被撞对象的软接触,然后控制器以当前位置... 详细信息

针对柔性机械臂在碰撞过程中的安全问题,仿照人类在黑暗环境中摸索前进的行为提出了一种试探前行的安全碰撞响应控制策略.控制器采用变刚度阻抗控制策略,先根据碰撞对象来调节系统刚度,以实现与被撞对象的软接触,然后控制器以当前位置为起点进行试探运动,若通过上一次碰撞点且无碰撞发生时,控制器恢复高刚度阻抗控制方式,以较高的精度到达目标位置.为了验证提出的控制策略,在4自由度机械臂上进行了碰撞试验,结果表明,该控制策略在无碰撞时具有良好的位置跟踪性能,在发生碰撞时能够有效地保护机械臂本体及被撞对象,从而克服了传统控制策略在碰撞时中止任务的缺点.因此,提出的控制策略是有效可行的.

关键词：机械臂碰撞响应策略阻抗控制

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基于速度观测器的GMS摩擦模型辨识与补偿

电机与控制学报 2012年第11期16卷 70-75页

作者：倪风雷刘宏介党阳哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001 北京宇航系统研究所北京100076

摩擦是伺服系统在低速运动时精度降低的主要非线性因素之一。采用基于模型的摩擦补偿可以有效地预测摩擦力,并实现误差补偿,因此利用可全面描述系统摩擦力的GMS摩擦模型预测伺服系统的摩擦力。为提高此模型参数的辨识精度,设计了全维速... 详细信息

摩擦是伺服系统在低速运动时精度降低的主要非线性因素之一。采用基于模型的摩擦补偿可以有效地预测摩擦力,并实现误差补偿,因此利用可全面描述系统摩擦力的GMS摩擦模型预测伺服系统的摩擦力。为提高此模型参数的辨识精度,设计了全维速度观测器提供反馈速度信息,克服低速时速度测量误差带来的影响;并基于此观测器,给出了GMS摩擦模型的参数辨识的实验方法。为验证所提出的摩擦补偿及辨识方法的有效性,在一新型的空间大型末端执行器的拖动系统进行了拖动实验。实验结果表明,通过此摩擦模型补偿,可使拖动系统的位置跟踪精度优于0.02 mm,与具有固定参数的Stribeck摩擦模型相比,位置跟踪精度提高超过30%。

关键词： GMS摩擦模型摩擦辨识速度观测器摩擦补偿伺服系统

一种前馈补偿和模糊滑模相结合的柔性机械臂控制

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西安交通大学学报 2011年第3期45卷 75-80页

作者：党进倪风雷刘业超刘宏哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001 德国宇航中心机器人与机电一体化研究所德国慕尼黑82230

针对柔性关节机器人控制系统中存在的扰动力、摩擦力、参数变化以及建模误差等问题,将扰动力分为确定性扰动和不确定性扰动、摩擦力分为线性和非线性部分,并在此基础上提出了一种前馈补偿和模糊滑模相结合的鲁棒控制器.机器人自身结构... 详细信息

针对柔性关节机器人控制系统中存在的扰动力、摩擦力、参数变化以及建模误差等问题,将扰动力分为确定性扰动和不确定性扰动、摩擦力分为线性和非线性部分,并在此基础上提出了一种前馈补偿和模糊滑模相结合的鲁棒控制器.机器人自身结构的相关量、确定性扰动以及摩擦力的线性部分,可以通过控制器的计算力矩和前馈补偿部分进行有效控制,并通过模糊滑模控制器来克服外界的不确定性扰动、摩擦力的非线性部分、参数变化以及建模误差等.在HIT四自由度柔性机械臂上进行了控制器的相关实验,实验结果表明,该控制器具有良好的位置跟踪性能和较强的抗干扰能力.

关键词：柔性机械臂前馈补偿模糊滑模控制器

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具有力矩传感器的柔性关节的振动抑制

机器人 2011年第4期33卷 449-454页

作者：郭闯强倪风雷孙敬颋刘宏哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150080

针对具有谐波减速器的柔性关节机器人容易产生振动的问题,设计了一种轮辐式力矩传感器.该力矩传感器安装于谐波减速器输出端和机器人臂杆之间,用于反馈机械臂反作用于关节的扭转力矩,从而能够直接获得关节的振动状态信息.基于该力矩传... 详细信息

针对具有谐波减速器的柔性关节机器人容易产生振动的问题,设计了一种轮辐式力矩传感器.该力矩传感器安装于谐波减速器输出端和机器人臂杆之间,用于反馈机械臂反作用于关节的扭转力矩,从而能够直接获得关节的振动状态信息.基于该力矩传感器信息和计算的关节名义输出力矩,提出了一种新的振动抑制方法,在传统力矩负反馈PD控制器基础上通过增加名义输出力矩前馈补偿,实现了振动的快速抑制.建立了单关节控制实验平台,并进行了梯形轨迹跟踪振动抑制实验.实验结果表明:本文所提出的控制器不但能够快速抑制关节振动,而且不影响轨迹跟踪精度,从而解决了传统力矩负反馈PD控制器不能同时兼顾振动抑制效果和轨迹跟踪精度的问题.

关键词：机器人柔性关节力矩传感器振动抑制前馈补偿

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多传感器的关节故障检测及容错策略

哈尔滨工业大学学报 2011年第3期43卷 33-37,94页

作者：倪风雷刘伊威邹继斌刘宏哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080 哈尔滨工业大学电气工程博士后流动站哈尔滨150080

为提高空间机器人关节驱动系统的可靠性,研制具有多种传感器的模块化关节,提出基于多传感器的关节故障检测算法及关节的容错策略,并根据关节运动速度大小建立阈值自动调整策略.试验结果表明,采用该算法,克服了基于模型关节故障检测策略... 详细信息

为提高空间机器人关节驱动系统的可靠性,研制具有多种传感器的模块化关节,提出基于多传感器的关节故障检测算法及关节的容错策略,并根据关节运动速度大小建立阈值自动调整策略.试验结果表明,采用该算法,克服了基于模型关节故障检测策略对模型的依赖,并保证关节在低速和高速范围内,均可快速地检测关节出现的故障,保证关节安全稳定运行.

关键词：故障检测容错策略空间机械臂

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一种机器人末端操作器的抓握研究

中国机械工程 2011年第13期22卷 1523-1526页

作者：朱映远倪风雷哈尔滨工业大学哈尔滨150001

特殊领域下要求机器人具有极大的捕获范围及定姿定位精度,用以捕获漂浮目标。研究了一种机器人末端操作器,通过合理设计构型使得末端操作器具备六自由度限位能力;再通过对其抓握过程的研究,建立了不同条件下的抓握轨迹。由抓握试验可知... 详细信息

特殊领域下要求机器人具有极大的捕获范围及定姿定位精度,用以捕获漂浮目标。研究了一种机器人末端操作器,通过合理设计构型使得末端操作器具备六自由度限位能力;再通过对其抓握过程的研究,建立了不同条件下的抓握轨迹。由抓握试验可知:操作器快速闭合和锁紧有利于减小位姿偏移;采用合理的抓握控制,可以获得最大的抓握范围以及最好的抓握效果。

关键词：机器人末端操作器漂浮目标抓握

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空间大型机械臂末端12维传感器设计及应用

机器人 2017年第3期39卷 257-264页

作者：倪风雷邹添孙永军刘宏李奎哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001

针对空间大型机械臂,设计了12维传感器,在6维力/力矩传感器基础上一体化设计了6维加速度传感器,并集成了基于FPGA(现场可编程门阵列)的高速多通道数据采集系统.采用最小二乘法和静、动态标定方式对力矩和加速度传感器分别进行了标定.设... 详细信息

针对空间大型机械臂,设计了12维传感器,在6维力/力矩传感器基础上一体化设计了6维加速度传感器,并集成了基于FPGA(现场可编程门阵列)的高速多通道数据采集系统.采用最小二乘法和静、动态标定方式对力矩和加速度传感器分别进行了标定.设计的传感器具有维间耦合小、集成度高、易于安装、可靠性高等优点.最后,将设计的12维传感器安装在大型机械臂末端,进行了残余振动抑制试验.实验结果表明,利用此12维传感器的加速度信息,可有效地补偿惯性力、抑制机械臂末端的残余振动,设计的传感器合理可行.

关键词：空间机械臂 12维传感器标定加速度控制

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关节片上位置伺服系统控制器的实现

西安交通大学学报 2010年第7期44卷 70-74页

作者：倪风雷朱映远金明河邹继斌哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080 哈尔滨工业大学电气工程博士后流动站哈尔滨150080

提出了一种关节片上位置伺服系统控制器的设计方案,并在一片可编程逻辑器件(FPGA)中得到了具体验证和实现.该方案利用FPGA的硬件逻辑单元实现了关节内部所有传感器信息的采集、M/T法测速、电机的脉宽调制和矢量控制,并在FPGA内嵌入了NIO... 详细信息

提出了一种关节片上位置伺服系统控制器的设计方案,并在一片可编程逻辑器件(FPGA)中得到了具体验证和实现.该方案利用FPGA的硬件逻辑单元实现了关节内部所有传感器信息的采集、M/T法测速、电机的脉宽调制和矢量控制,并在FPGA内嵌入了NIOSII软核处理器和控制器局域网CAN总线控制器,实现了关节空间的轨迹规划、位置控制以及与主控计算机的CAN总线通讯.通过SOPC Builder工具实现了硬件逻辑单元和软核控制器的集成.实验结果表明,设计的关节片上位置伺服系统可有效地提高关节控制器系统的集成度,从而减小了电路板的尺寸,增强了系统的抗干扰能力和关节控制性能.

关键词：位置伺服系统关节控制器