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含有摩擦补偿的全方位移动机器人自抗扰控制 被引量：8
1
作者 王圣翔 任超 马书根 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期1285-1292,共8页
本文针对全方位移动机器人轨迹追踪中的摩擦补偿问题,提出了一种改进的非线性自抗扰控制器.首先建立了含有经典静态摩擦模型的全方位移动机器人动力学模型.其次,基于该模型设计非线性控制器和线性扩张状态观测器并给出了系统的稳定性分... 本文针对全方位移动机器人轨迹追踪中的摩擦补偿问题,提出了一种改进的非线性自抗扰控制器.首先建立了含有经典静态摩擦模型的全方位移动机器人动力学模型.其次,基于该模型设计非线性控制器和线性扩张状态观测器并给出了系统的稳定性分析.通过将模型已知项加入线性扩张状态观测器中得到摩擦力的估计值,并将估计值用于非线性控制器中摩擦补偿部分.为减小摩擦力对机器人低速运动轨迹追踪控制的影响,非线性控制器采用变增益控制器进行轨迹追踪控制.最后通过仿真结果验证本文提出控制器的有效性. 展开更多
关键词 摩擦 全方位移动机器人 自抗扰控制 非线性控制系统
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震后建筑内部层次化SLAM的地图模型转换方法 被引量：5
2
作者 王楠 马书根 +2 位作者 李斌 王明辉 赵明扬 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第10期1723-1733,共11页
由于震后建筑内部环境受损程度和震害形态分布的无法预见性,层次化SLAM地图模型转换难以直接预设划分参数.本文提出一种基于图形分割的区域划分方法,实现层次化SLAM地图模型转换.通过对机器人里程和观测信息进行图形映射,基于信息熵生... 由于震后建筑内部环境受损程度和震害形态分布的无法预见性,层次化SLAM地图模型转换难以直接预设划分参数.本文提出一种基于图形分割的区域划分方法,实现层次化SLAM地图模型转换.通过对机器人里程和观测信息进行图形映射,基于信息熵生成节点集,将环境相似度作为边的权重,构建无向加权图及相似度矩阵;并采用归一化割策略对图形进行划分,得到以机器人观测视角的环境空间划分结果;方法在解决SLAM计算量递增问题的基础上,最小化相关信息损失,确保全局一致性.最后,通过仿真及模拟废墟实验,验证算法的有效性和可行性. 展开更多
关键词 同步定位与地图创建 地震救援 移动机器人 地图模型 谱聚类
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具有环境适应能力的蛇形机器人仿生控制方法 被引量：7
3
作者 唐超权 马书根 +2 位作者 李斌 王明辉 王越超 《中国科学：信息科学》 CSCD 2014年第5期647-663,共17页
基于生物学原理,本文构建了一种能够产生蛇形机器人多种仿生步态的多模态中枢模式发生器模型.该模型通过外部激励的引入,可以实现蛇形机器人运动形式的自由调整和转换,有助于提高蛇形机器人的环境适应能力.文中主要针对任意节数的多模... 基于生物学原理,本文构建了一种能够产生蛇形机器人多种仿生步态的多模态中枢模式发生器模型.该模型通过外部激励的引入,可以实现蛇形机器人运动形式的自由调整和转换,有助于提高蛇形机器人的环境适应能力.文中主要针对任意节数的多模态中枢模式发生器模型的稳定性进行了证明;分析了多模态中枢模式发生器模型参数对系统输出的影响;研究了蜿蜒运动中环境参数与蛇形机器人关节最优幅值的对应关系,从而确定了多模态中枢模式发生器幅值优化调整策略;并通过建立外部激励与模型参数之间的约束,使得蛇形机器人在多模态中枢模式发生器控制下具有三维运动能力以及相应的环境适应能力.最后,利用蛇形机器人平台验证了仿生控制方法的有效性以及与生物蛇步态的相似性. 展开更多
关键词 智能机器人 智能控制 自适应控制系统 仿生学 反馈控制
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具有自适应能力的轮-履复合变形移动机器人的移动机构与地面约束关系分析 被引量：5
4
作者 李智卿 马书根 +2 位作者 李斌 王明辉 王越超 《中国科学：技术科学》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期276-291,共16页
针对非结构环境中路面软硬相间、平坦与崎岖并存的地形特征,提出并研制出一种对非结构环境具有自适应能力的轮-履复合变形移动机器人(NEZA-I).NEZA-I由控制系统单元、尾轮单元和两个相同的可变形轮-履复合(Transformable wheel-track,T... 针对非结构环境中路面软硬相间、平坦与崎岖并存的地形特征,提出并研制出一种对非结构环境具有自适应能力的轮-履复合变形移动机器人(NEZA-I).NEZA-I由控制系统单元、尾轮单元和两个相同的可变形轮-履复合(Transformable wheel-track,TWT)移动模块组成.每个TWT模块能够在一个驱动力的作用下以轮式和履带式两种运动模式在复杂路面上运动,也能根据地面约束力而改变运动模式(即"轮式-履带式互换")和调整运动姿态(即"改变履带几何形状").本文旨在介绍NEZA-I机器人的基本结构、驱动系统原理、运动模式及姿态,分析TWT模块内部构件之间运动关系,建立NEZA-I在一些典型的运动情形下移动机构与地面之间的约束关系的数学模型,探究TWT模块内部机构参数对机器人环境自适应性能的影响,优化机构参数.实验表明:NEZA-I移动机构平台具有较强的环境自适应性和越障性能,机构参数的优化结果是合理的,所建立的相关数学模型及参数的分析方法是正确的.同时也验证了NEZA-I自适应移动机构平台概念的可行性,从机构学的角度为机器人环境自适应性的研究提供一个思路. 展开更多
关键词 自适应移动机构 可变形履带 轮-履复合型机器人 机构设计
原文传递
基于旋量动力学建模的可重构轮手一体机器人越障性能研究 被引量：1
5
作者 胡亚南 马书根 +2 位作者 李斌 王明辉 王越超 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2013年第10期1053-1060,共8页
为研究可重构轮手一体机器人的越障性能,描述了机器人轮手复合越障过程,基于旋量理论建立了单模块可重构轮手一体移动机器人翻越台阶型障碍的动力学模型。对影响机器人电机力矩的三个因素——台阶高度、手臂长度和机器人运动参数进行了... 为研究可重构轮手一体机器人的越障性能,描述了机器人轮手复合越障过程,基于旋量理论建立了单模块可重构轮手一体移动机器人翻越台阶型障碍的动力学模型。对影响机器人电机力矩的三个因素——台阶高度、手臂长度和机器人运动参数进行了仿真,对越障过程中的稳定性进行了分析,得到了机器人的稳定工作域,最后通过实验得到机器人极限越障高度,为机器人结构的优化和越障性能的提升提供了理论依据。 展开更多
关键词 旋量 可重构轮手一体机器人 越障 动力学
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针对可变形履带机器人的动态变形方法研究 被引量：1
6
作者 李楠 马书根 +2 位作者 李斌 王明辉 王越超 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期403-409,共7页
针对可变形履带机器人在常规变形过程中履带与地面产生的摩擦力会阻碍甚至终止变形过程的问题，提出了一种新颖的动态变形方法。在动态变形过程中，该方法可使运动模块的履带单元辅助运动以配合变形模块的转动，从而将阻碍变形的部分摩... 针对可变形履带机器人在常规变形过程中履带与地面产生的摩擦力会阻碍甚至终止变形过程的问题，提出了一种新颖的动态变形方法。在动态变形过程中，该方法可使运动模块的履带单元辅助运动以配合变形模块的转动，从而将阻碍变形的部分摩擦力转化为推进变形的动力。针对动态变形的动力学仿真分析表明，采用该动态变形方法，可以有效地减小机器人在变形过程中的阻力矩和能量损耗。同时，针对变形过程的能量损耗、阻力矩以及变形空间这些性能指标，采用多目标优化方法使机器人在动态变形过程中得到最佳的综合性能。该方法动态变形的有效性通过可变形履带机器人平台的实验得到了验证。 展开更多
关键词 可变形 履带机器人 动态变形 能量损耗 变形空间 多目标优化
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轮手一体机器人能量次优重构规划方法
7
作者 胡亚南 马书根 +2 位作者 李斌 王明辉 王越超 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第8期1358-1369,共12页
模块化机器人的重构规划中,由于各模块的目标分配与其轨迹规划之间的耦合关系导致组合爆炸问题.本文提出一种基于简化模型的能量次优规划方法,将重构规划问题转化为最优控制问题,实现目标分配与轨迹规划的解耦.通过求解由Hamilton-Jacob... 模块化机器人的重构规划中,由于各模块的目标分配与其轨迹规划之间的耦合关系导致组合爆炸问题.本文提出一种基于简化模型的能量次优规划方法,将重构规划问题转化为最优控制问题,实现目标分配与轨迹规划的解耦.通过求解由Hamilton-Jacobi-Bellman(HJB)方程描述的最优控制问题,得到简化模型的值函数和最优轨迹.各模块的运动目标由值函数的吸引域决定.通过在最优轨迹附近的次优区域内搜索得到实际运动轨迹,提高了搜索效率.仿真实验结果表明,该方法能够选择合适的模块组合,并能在障碍物环境中生成满足机器人动力学约束的运动轨迹. 展开更多
关键词 模块化机器人 重构规划 模型简化 最优控制
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轮手一体机器人群体构形的模块化动力学建模方法 被引量：2
8
作者 胡亚南 马书根 +2 位作者 李斌 王明辉 王越超 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期24-33,共10页
轮手一体机器人是一种模块化机器人,其单模块自由度多,结构相对复杂,群体构形形式多样,且需要经常重构以适应不同环境。采用传统方法对其进行动力学建模导致重复建模,机器人重构时更新量较多。针对此问题,提出一种基于模块化思想的群体... 轮手一体机器人是一种模块化机器人,其单模块自由度多,结构相对复杂,群体构形形式多样,且需要经常重构以适应不同环境。采用传统方法对其进行动力学建模导致重复建模,机器人重构时更新量较多。针对此问题,提出一种基于模块化思想的群体构形动力学建模方法,减少了重复建模,且所得方程适用于串链、闭链、树形等各种拓扑构形。采用李代数作为局部坐标消除奇异位形,得到单模块机器人动力学方程的统一描述。根据群体构形的连接关系和连接类型定义接触集合和关节模型,建立约束力方程描述模块间的相互作用。针对动力学方程状态变量非矢量情况下的数值积分方法进行讨论,并给出实例仿真。 展开更多
关键词 轮手一体机器人 群体构形 动力学 无奇异 几何积分
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