地面移动作业机器人运动规划与控制研究综述

针对地面移动作业机器人存在的自由度高度冗余和操作臂与移动平台间强耦合问题,指出地面移动作业机器人的研究面临着作用链等效动力学建模及其规约、强环境交互作用下高维动态作业规划、动态稳定性以及实时作业控制等难题.分析并总结了移动操作机器人的最新研究成果,从地面移动作业机器人系统动力学建模与耦合作用分析、运动规划、动态稳定性与作业控制等多个方面,对现有研究成果进行了评述,对地面移动作业机器人运动规划与控制的发展方向进行了展望.

基于SAM的模糊神经网络的月球车运动规划及控制模型

月球车运动规划与控制的最大特点就是月面地形的非结构化,无法建立精确的数学模型。为了用环境建模与分析方法来研究月球车运动规划与控制的连续性、稳定性及可达性,进而在理论上证明行为控制的可行性。结合凸组合的性质,提出应用混合学习算法的基于SAM的模糊神经网络系统,并给予仿真分析。

智能车辆规划与控制策略学习方法综述

智能车辆相关技术已实现了长足的发展,并已能够在有限封闭场景中实现自主行驶的基本功能.然而,实际道路测试结果表明,目前智能车辆技术仍存在较多局限,而智能车辆在复杂城市与越野环境的大规模应用仍面临较多挑战.作为智能车辆关键技术之一,运动规划与控制技术已基本建立了完整的理论体系并已得到较多工程应用,但传统方法在实际应用中仍存在动态复杂场景理解能力弱、场景适应性差、模型复杂度高、参数调整难度大等缺陷.由于机器学习方法具备较强的知识表征与模型拟合能力,其已经在智能车辆的感知与导航技术中得到了广泛的应用.而为了解决传统运动规划与控制技术存在的泛化性与适用性等问题,许多研究者近年来也开始探索基于深度学习、强化学习等机器学习方法的运动规划与控制方法.本文将对目前基于机器学习的智能车辆规划与控制方法研究现状进行回顾,从规划与控制策略基本架构、基本学习范式以及基于学习的规划与控制方法三方面对现有智能车辆规划与控制策略学习方法进行分析,最后对研究现状与未来发展方向进行总结与展望.

全方位移动操作臂运动控制研究

为了提高全方位移动操作臂完成任务的效率,提出了基于绝对定位的适时运动规划与控制策略.首先在全方位移动操作臂的控制结构中用CAN总线技术来提高控制的实时性与控制精度.然后研究了全方位移动操作臂全方位行走与原地转向两种模式的运动控制以及机械臂的运动控制.接着详细研究了运动规划与控制策略,通过超声波绝对定位来适时调整优化全方位移动操作臂完成任务的控制量从而提高完成任务的效率.最后用全方位移动操作臂做了3个实验,两个全方位移动操作臂运动精度实验表明全方位移动操作臂运动精度高;一个控制策略实验表明运动规划与控制策略是正确的.

基于微分同胚映射动态系统的接触任务运动规划与控制

为解决目前机器人接触任务中时间相关的运动规划与控制方法抗扰动性弱的问题,提出了基于微分同胚映射动态系统的运动规划和控制方法。首先,采用动觉示教的方式在搭建的实验平台上采集人工完成接触任务时的位置和力数据,并建立基于微分同胚映射的动态系统。然后,将人工扰动条件下的接触任务分解为接触作业、人工扰动下运动和自由空间运动3个状态,并针对各个状态分别设计基于动态系统的力和姿态控制调节项。最后,分别进行无人工扰动和有人工扰动实验,同时与离线控制方法比较力控制效果。实验结果表明:当机器人从示教轨迹起点开始运动,10次重复实验的运动轨迹相比于示教轨迹位置和姿态的最大误差分别小于0.008:m和1.01°,力均方根误差的平均值为0.86:N,相比于离线控制方法略大;从自由空间任意位置出发,机器人都可以进入接触空间执行接触任务;当机器人在作业过程中出现人工扰动时,机器人可根据人的意图运动,且在扰动消除之后恢复作业且力均方根误差值与无人工扰动时的结果接近。实验结果充分验证了本文方法的有效性,实现了在扰动下接触任务的运动规划与控制,且具有较强的抗扰动性。

移动操作臂研究现状和发展方向

阐述了移动操作臂的研究现状和关键技术。移动操作臂在传统轻量高自由度机械臂的基础上结合自主移动平台,极大地扩展了灵活工作空间,提高了工作柔性,更适应复杂的工作环境和工作要求。通过分析几种典型移动操作臂的结构设计和功能指标,探讨了移动操作臂的本体结构设计、运动过程控制、路径规划、移动定位导航以及多移动操作臂协作等关键技术,展望了移动操作臂的发展趋势和应用前景。

月面采样机械臂动态任务规划方法研究

由于月面着陆姿态、工作环境和机械臂变形等多种不确定因素影响,月面采样机械臂的任务规划结果无法事先准确确定,对月面采样机械臂的表取采样任务规划系统的准确性、实时性和灵活性提出了较高的要求.为保证有限时间内灵活准确地进行月面采样作业任务规划,本文提出了月面采样机械臂的动态任务规划方法,设计了包括任务整体规划、采样策略规划和运动控制规划在内的三层规划体系,将复杂月面采样作业任务规划问题分解为空间约束、时序推理和运动控制三个维度分别求解.在此基础上,提出了基于改进Allen模型的时态规划方法和基于最短实时避障路径的运动规划方法,实现对采样任务过程与操作路径的动态灵活调整与快速高效规划.最后,通过机械臂月面采样过程的规划实例,对本文方法进行了验证.结果表明,本文提出的动态任务规划方法满足了月面采样机械臂任务规划的需求,为月面采样任务提供了可靠的理论支持.