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基于高斯混合过程的空间机器人任务空间预测控制方法

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系统工程与电子技术 2023年第11期45卷 3597-3605页

作者：柳子然戴梓健岳程斐王培基曹喜滨哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(深圳)空间科学与应用技术研究院广东深圳518055

针对空间机器人的精准操控需求和任务空间控制问题,提出了一种基于高斯混合过程的模型预测控制方法。在建立的空间机器人标称模型基础上,考虑实际工作过程中由于关节摩擦、参数测量误差导致的建模误差,利用高斯混合过程对标称模型的不... 详细信息

针对空间机器人的精准操控需求和任务空间控制问题,提出了一种基于高斯混合过程的模型预测控制方法。在建立的空间机器人标称模型基础上,考虑实际工作过程中由于关节摩擦、参数测量误差导致的建模误差,利用高斯混合过程对标称模型的不确定性进行精确、高效的分析和修正。其次,基于修正后的模型提出了非线性模型预测控制方法,在考虑实际物理约束,如关节限位、输入饱和等的情况下,实现了空间机器人基座和机械臂末端位姿对期望轨迹的直接精准跟踪。最后,考虑航天器在轨操控中的推力器冗余配置问题,设计了推力分配方案,并通过仿真结果校验了所设计控制方法的有效性。

关键词：空间机器人任务空间控制模型预测控制高斯混合过程

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任务空间中的多机械臂协同控制

任务空间中的多机械臂协同控制

作者：邓呈琳哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

机器人自其问世以来,就一直受到社会的广泛关注。机械臂的结构一般比较复杂,多连杆的结构为机械臂带来了高度的灵活性,同时也增加了机械臂控制的难度。在机械臂发展初期,往往只考虑单个机械臂的控制,但随着现代工业对于机械臂的期望的提... 详细信息

机器人自其问世以来,就一直受到社会的广泛关注。机械臂的结构一般比较复杂,多连杆的结构为机械臂带来了高度的灵活性,同时也增加了机械臂控制的难度。在机械臂发展初期,往往只考虑单个机械臂的控制,但随着现代工业对于机械臂的期望的提高,单机械臂已经不能满足越来越复杂的任务要求,因此多机械臂系统的协作研究受到了国内外学者的广泛关注。而由于机械臂的任务描述和完成都是在任务空间进行的,传统的关节空间控制方法难以适应不同的应用场景,对任务空间中机械臂控制的研究正逐渐兴起。本文研究了在无向图和有向图下的任务空间多机械臂协同控制方法。在无向图下,针对拉普拉斯矩阵的对称性质提出了一种基于反步法的协同控制算法,而在有向图下则提出了一种包含滑动观测器的自适应控制算法,使得多机械臂系统在任务空间中可以达到静态的一致,即任务空间位置趋于一致,且任务空间速度趋于零。并且考虑到机械臂的动力学模型和运动学模型的不确定性以及任务空间速度测量存在噪声的情形,提出了任务空间速度观测器,设计了无需任务空间速度测量的分布式算法,通过李雅普诺夫稳定性理论证明了包含任务空间速度观测器的控制算法的稳定性,并通过仿真验证了控制算法的有效性。此外,针对机械臂具有冗余自由度的情况,通过对冗余机械臂零空间的关节速度进行设计来优化机械臂协同运动过程中各关节的运动情况,并在不影响任务空间主要任务的情况下完成躲避奇异点的子任务目标,提高机械臂可操作性。在强连通有向图下对含冗余机械臂的多臂系统进行了协同控制算法和子任务控制算法仿真,验证了多机械臂在任务空间的静态一致性和可操作性。除了多机械臂系统的静态一致性,本文也对多机械臂系统轨迹跟踪这种动态问题进行了研究,针对拓扑图为强连通有向图,任务空间速度不可测量,考虑动力学和运动学不确定性的情况下设计了一种完全分布式的控制方法,在只有领航者知道目标轨迹的情况下仍然能实现多机械臂系统的同步和整体的轨迹跟踪。并通过仿真验证了控制算法的有效性。

关键词：任务空间控制多臂协同自适应控制机械臂子任务轨迹跟踪

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任务空间中机械臂学习跟踪控制

任务空间中机械臂学习跟踪控制

基于内模原理的Stewart平台干扰抑制控制设计

1995年中国控制会议

作者：秦化淑洪奕光宋谦中国科学院系统科学研究所中国科学院系统科学研究所中国科学院系统科学研究所

本文研究带动力学不确定性的刚性机械臂在任务空间中的跟踪控制问题。当机械臂关节角及其导数不可直接量测得到,而可直接测得任务空间中的位置和速度的情况,本文得到了基于任务空间量测的新型控制规律,它由两部分组成。一部分是补偿标... 详细信息

本文研究带动力学不确定性的刚性机械臂在任务空间中的跟踪控制问题。当机械臂关节角及其导数不可直接量测得到,而可直接测得任务空间中的位置和速度的情况,本文得到了基于任务空间量测的新型控制规律,它由两部分组成。一部分是补偿标称非线性动力学并完成正常跟踪的标称控制规律。它由机械臂的关节角及其导数的估计量组成;另一部分是克服动力学不确定性对正常跟踪影响的学习控制规律。它由神经网络学习方法得到．理论分析表明:在这新型控制规律的作用下,带动力学不确定性的刚性机械臂能实现在任务空间中的“实用跟踪控制”．计算机仿真研究显示:跟踪误差能限制在允许范围内,且能获得满意跟踪性能。

关键词：刚性机械臂神经网络学习控制任务空间控制

来源： cnki会议评论

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系统工程与电子技术 2009年第7期31卷 1689-1693页

作者：王晓晨姚郁傅绍文哈尔滨工业大学控制与仿真中心黑龙江哈尔滨150080

针对应用于某型飞行模拟器的Stewart平台,首先利用Newton-Euler逆向力公式对平台动力学方程中形式复杂的连杆动态特性进行补偿,得到形式简单的误差动态系统。然后,为抑制其受到的未知谐波干扰,设计带有自适应内模的任务空间轨迹跟踪控制... 详细信息

针对应用于某型飞行模拟器的Stewart平台,首先利用Newton-Euler逆向力公式对平台动力学方程中形式复杂的连杆动态特性进行补偿,得到形式简单的误差动态系统。然后,为抑制其受到的未知谐波干扰,设计带有自适应内模的任务空间轨迹跟踪控制器,使闭环系统能够抑制未知的谐波扰动,同时能够渐近跟踪期望轨迹。仿真结果验证了该方法的有效性。

关键词： Stewart平台并联机构内模原理干扰抑制任务空间控制

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仿蛙跳跃机器人起跳任务规划与控制

计算机仿真 2013年第7期30卷 341-344页

作者：胡胜海邓坤秀郭彬徐鹏哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

研究跳跃机器人起跑规划问题,针对仿蛙跳跃机器人在起跳过程中脚掌与地面之间形成的欠驱动约束和特定的起跳任务,为提高系统性能,提出了一种在任务空间内实现给定起跳任务要求的路径运动规划控制。利用部分反馈线性化(PFL)将仿蛙跳跃机... 详细信息

研究跳跃机器人起跑规划问题,针对仿蛙跳跃机器人在起跳过程中脚掌与地面之间形成的欠驱动约束和特定的起跳任务,为提高系统性能,提出了一种在任务空间内实现给定起跳任务要求的路径运动规划控制。利用部分反馈线性化(PFL)将仿蛙跳跃机器人系统起跳动力学方程中的非线性部分线性化,设计了滑模变结构控制器对仿蛙跳跃机器人在起跳阶段的质心轨迹进行跟踪控制。结果表明滑模控制器能够使质心轨迹精确地跟踪给定轨迹,解决了仿蛙跳跃机器人的起跳任务优化控制问题,验证了提出的任务空间控制方法用于仿蛙跳跃机器人起跳任务规划的可行性。

关键词：仿蛙跳跃机器人起跳任务规划任务空间控制部分反馈线性化

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轮式双足机器人的建模与稳定性控制研究

轮式双足机器人的建模与稳定性控制研究

作者：沈悰华中科技大学

学位级别：硕士

随着工厂无人化的持续推进,目前机械臂式的工业机器人无法满足众多高复杂度的工作,轮式和足式等移动机器人逐渐进入研究人员的视野。但是轮足混合机器人在能量利用率以及运动速度上有着较大的优势。所以,融合了足式与轮式移动机器人优... 详细信息

随着工厂无人化的持续推进,目前机械臂式的工业机器人无法满足众多高复杂度的工作,轮式和足式等移动机器人逐渐进入研究人员的视野。但是轮足混合机器人在能量利用率以及运动速度上有着较大的优势。所以,融合了足式与轮式移动机器人优势的轮足混合机器人得到了越来越多的关注,如轮式双足机器人。然而,由于轮式双足机器人的研究刚刚起步,对其运动控制的研究还不完善。为此,本文对轮式双足机器人的建模与控制进行了研究。主要工作如下:1)构建了使用准直驱力控电机的轮式双足机器人Mini Nezha。研究了目前轮式双足机器人的各种构型,设计了可以独立控制基体姿态的6自由度轮式双足机器人,使得搭载机械臂的操作能力得到提升。搭建了高速传输数据的CAN通讯网络,使得机器人可以准确迅速的获得传感器信息反馈。2)对构建的轮式双足机器人进行了运动学以及动力学的建模。研究了旋量法用于机器人运动学建模,并设计出轮式双足机器人的正运动学与逆运动学算法。提出了考虑轮子转动的轮式单刚体模型并进行了线性化,解决了单刚体模型无法准确描述轮式双足机器人的问题。研究了轮式双足机器人的全身动力学的计算方法,实现了轮式双足机器人的全身动力学参数计算。3)首次提出使用轮式单刚体模型对轮式双足机器人进行预测控制。在使用二次规划求解模型预测问题基础上,设计了考虑外界扰动影响的预测轨迹生成方法,增强了机器人的抗扰动能力。最后,在搭载机械臂的轮式双足机器人上,进行了一系列实验,验证了所提算法在抗扰动方面的有效性和优越性。4)研究了基于任务空间规划轨迹,进行轮式双足机器人全身控制的算法。提出了基于小车极点模型的线性二次调节器输出平衡轨迹,给予了全身控制算法一定的预测能力。最后,在Mu Jo Co仿真引擎上验证了所提算法,多组实验展现所提算法提高了轮式双足机器人面对未知地形的通过性。

关键词：轮式双足机器人模型预测控制全身控制任务空间控制单刚体模型