空间机械臂非完整运动规划的最优控制

讨论空间机械臂系统的运动规划问题。利用系统的非完整特性，将空间机械臂动力学方程转化为非线性控制系统的状态方程，给出一种最优控制的数值算法。通过仿真计算，表明该算法的有效性。

基于非完整运动规划的多指手灵巧操作

灵巧操作是多指手操作的一个重要方面,探讨实现这种操作的纯滚动方法.首先利用纯滚动的非完整特性,进行非完整运动的最优路径规划,然后根据规划结果应用多指手操作运动学方程确定手指的运动.为多指手灵巧操作的实现提供了一条途径.

四轮式移动机器人非完整运动控制

针对四轮式机器人做非完整运动时系统的非完整性的问题,将四轮式机器人运动规划转化为非线性控制系统的优化问题。提出了对优化变量进行浮点数编码的改进遗传算法,使系统控制精度得到改善。同时将改进的遗传算法采用最优个体保留策略,设计交叉参数和自适应变异参数,确保算法具有良好的收敛性。通过数字仿真实验,证明了该方法的对四轮式机器人非完整运动规划问题具有可操作性。

漂浮基双臂空间机器人基于自适应遗传算法的最优非完整运动规划

讨论了漂浮基双臂空间机器人非完整运动的最优控制规划问题。以多体动力学理论为基础,导出了载体位置、姿态均不受控制情况下,双臂空间机器人耦合了系统动量守恒关系的系统动量矩守恒关系,并将其转化为控制系统状态方程。由此,将双臂空间机器人的非完整运动规划问题转化为非线性系统的控制问题。以此为基础,利用近似优化的方法,给出了双臂空间机器人基于自适应遗传算法的最优非完整运动规划控制算法。其优点在于,仅需要控制双臂空间机器人机械臂的关节运动,即可达到对载体姿态及机械臂关节位置的双重控制效果。一个平面双臂空间机器人系统的数值仿真,验证了算法的有效性。

动态规划求解空间双臂机器人非完整运动最优控制问题

通过自适应动态规划研究自由漂浮空间双臂机器人运动的最优控制问题.针对空间双臂机器人的非完整性运动,采用自适应动态规划(Adaptive Dynamic Programming,ADP)方法求解其最优控制问题.根据多体动力学理论,推导了载体位置、姿态均无控制条件下,双臂空间机器人满足的系统动量守恒关系的非完整约束方程,并将其转化为控制系统的状态方程,从而将双臂空间机器人的非完整运动规划问题转化为对非线性系统的控制问题.文中根据自适应动态规划网络结构,利用神经网络来近似性能指标函数,进而用龙格库塔法求解状态变量.并给出了适合该类问题的一种效用函数具体表达式,保证了空间双臂机器人到达期望位置后不再继续运动.实现了对空间双臂机器人非完整运动规划的最优控制.数值仿真实验验证了ADP对求解空间双臂机器人非完整运动规划最优控制问题的有效性.

基于Lyapunov方法的双臂空间机器人避障碍分级非完整运动规划

以Lyapunov方法为基础,讨论了载体姿态与位置均不受控制的双臂空间机器人系统的避障碍分级非完整运动规划问题．该方法充分利用系统的非完整动力学性质,以系统动量矩守恒关系及运动Jacobi关系为基础,建立控制设计所需的系统状态方程及控制输出方程;并在Lyapunov函数的选取上采用两级采取方式,即初级Lyapunov函数确保双臂空间机器人的两个末端抓手从初始位置运动到指定的终点位置,次级Lyapunov函数则确保两个末端抓手避开工作空间中的障碍区域;两级合成则使双臂空间机器人的两个末端抓手既实现了指定的位置移动又避开了障碍区域．系统数值仿真,证明了方法的有效性．

考虑障碍约束的非完整运动规划

本文针对非完整移动机器人的链式形式 ,在存在障碍约束时提出了一种运动规划方法。由于其链式形式可以方便地采用分段常值输入和多项式输入来实现其运动规划 ,因此在满足一定的性能指标的前提下可以找到一种最优的控制律来避开障碍物而到达目标 ,仿真的结果也证明了该方法的有效性。

跳跃机器人非完整运动规划的数值算法研究

讨论了一种带有非完整约束特性的跳跃机器人姿态运动的最优控制问题。当跳跃机器人系统无外力矩作用时,其相对于总质心的角动量守恒而成为非完整系统。这类系统运动规划的控制问题,由于非完整约束的不可积特性而比一般系统要复杂得多。针对这一问题,首先建立跳跃机器人运动的动力学模型,利用系统的非完整约束特性,将系统姿态运动的控制问题转化为非完整运动规划问题,并将遗传算法应用于系统非完整运动规划的最优控制中,设计了相应的数值算法。文末给出了算例仿真,仿真结果表明了该方法的有效性。

基于Gauss伪谱法的移动机器人非完整运动规划

针对轮式移动机器人中存在的非完整约束导致的系统控制及规划难度较高的问题,采用Gauss伪谱法求解最优控制的数值计算问题。通过建立移动机器人系统模型,确定系统约束及性能指标函数,将状态变量和控制变量在一系列Gauss点上离散,并以这些离散点为节点构造拉格朗日插值多项式来逼近状态变量和控制变量,对于性能指标中的积分项由Gauss积分计算,把非完整运动规划问题转化为一组有约束的非线性规划求解问题。通过建立最优控制输入和控制力矩关系,得到轮式机器人的最优控制力矩,数值仿真验证了方法的有效性。

非完整性全方位运动机器人智能控制的研究

通过对全方位轮式机器人的运动分析和智能控制理论的研究,提出了一种非完整性全方位机器人运动智能控制设计方法.在对其运动过程中的各运动参量分析的基础上,引入速度控制器,通过反馈信号对各参数进行优化,以DSP为控制器核心实现非完整性全方位运动机器人的智能控制.

灵巧擦窗机器人非完整约束运动学方程及镇定问题的研究

详细推导了带约束连杆的双车体可重构灵巧擦窗机器人运动学方程 。

闭环双臂空间机器人运动规划的双向逼近方法

讨论了载体位置、姿态均不受控制的闭环双臂空间机器人系统的非完整运动规划问题.以系统动量、动量矩守恒关系及几何约束条件为基础,建立了控制设计所需的系统状态方程;并通过对状态方程应用双向Lyapunov方法,获得了机械臂关节角的控制输入方程,从而达到对载体姿态及机械臂关节角的双重控制效果.该方法的优点是减少了载体姿态控制燃料的消耗,有效地延长了空间机器人系统的使用寿命.通过一个平面自由漂浮闭环双臂空间机器人系统的数值仿真,证明了方法的有效性.

基于动态规划的机器人运动规划最优控制

针对轮式移动机器人运动规划的非完整性问题,采用自适应动态规划(Adaptive Dynamic Programming,ADP)方法求解其最优控制。通过建立轮式机器人的动力学模型,选取状态变量和控制变量,将其转化为对动态规划问题的求解。根据自适应动态规划网络结构,利用评价网络近似性能指标函数,执行网络逼近控制变量,并给出了适合该类问题的一种效用函数的具体表达式,实现了对轮式机器人非完整运动规划的最优控制。通过数值仿真实验,验证了ADP求解轮式机器人非完整运动规划最优控制问题的有效性。

基于Legendre伪谱法的空间机器人姿态运动的最优控制

采用Legendre伪谱法研究自由漂浮双臂空间机器人姿态运动最优控制问题。首先,根据系统动量矩守恒关系,对自由漂浮并带有双臂的平面型空间机器人建立动力学模型,并以系统关节的耗散能为性能指标,给出其最优控制问题描述。然后,利用Legendre伪谱法以多项式参数化近似状态变量与控制变量,微分方程用正交多项式近似,从而将连续最优控制问题转化为一组非线性规划问题求解。为解决空间机器人姿态规划问题提供了一种有效方法。最后,对自由漂浮双臂空间机器人姿态控制进行数值仿真,仿真结果表明Legendre伪谱法对解决该姿态运动最优控制问题的有效性。

自由漂浮空间机器人运动规划的多项式插值法

当载体不受控时,机械臂和载体运动之间存在非完整约束。根据多体动力学理论建立自由漂浮空间机器人动力学模型,给定系统的初始和目标位形,选取空间机械臂关节耗散能最小为性能指标,运用多项式插值逼近机械臂关节运动轨迹,将插值多项式的系数作为优化参数,采用序列二次规划法优化求解空间机械臂关节运动轨迹。数值仿真结果表明,航天器载体和机械臂从初始位置到运动终端位置的过程中,轨迹平滑连续,能准确到达目标位形,没有迂回运动,保证了系统展开过程的平稳性,控制输入变化幅度较小,且在始末时刻保证控制输入均为0,验证了多项式插值逼近自由漂浮空间机械臂运动规划是可行有效的。

基于多项式插值的自由漂浮空间机器人轨迹规划粒子群优化算法

针对自由漂浮空间机器人轨迹规划问题,提出一种基于多项式插值与粒子群优化算法相结合的非完整运动规划方法。首先,通过对系统非完整约束条件进行分析,给出了以机械臂关节角耗散能为目标函数的轨迹最优控制算法;并采用高阶多项式插值方法逼近机械臂关节角轨迹,将插值多项式的系数作为优化参数,结合粒子群优化算法对关节角轨迹进行优化求解。最后,对本文提出的轨迹规划算法进行数值仿真。仿真结果表明关节角轨迹平滑连续,保证了关节角速度及关节角加速度在初始和终止状态均为零,从而验证了所提方法的有效性和可行性。

基于机器人足球系统仿真中的碰撞模型

基于机器人足球比赛中最为常见的碰撞问题,作者运用几何学方法提出了机器人之间以及机器人与小球、场地围墙之间的碰撞模型,为构建和开发足球机器人系统仿真平台与机器人的运动控制提供了模型基础。

一种基于逆向求解的双机吊装动作规划方法

两台起重机协同吊装中由于起重机间的协同关系增加了其动作规划的复杂度,特别是起重机与被吊物间位置关系(即单封闭链结构)及起重机行走转弯时的非完整运动学约束易导致规划效率低、规划动作序列不优等问题.针对双机吊装系统中的单封闭链及非完整运动学约束问题,采用逆向求解的思路,以被吊物及起重机下车为驱动的构建方法,从被吊物的角度来建立双机吊装系统模型,并将位姿变量分为主动、被动变量,对于主动变量采用改进RRT-Connect++算法规划得到,再求解封闭链方程得到被动变量.最后用两个案例分析验证了该求解思路的可行性和规划的高效性.

基于Gauss伪谱法的欠驱动航天器姿态优化控制

现代航天器一般可以通过三正交反作用动量飞轮对其进行姿态机动控制并任意定位.研究了当其中某一个动量飞轮失效而不能输出完整三轴控制力矩时的欠驱动航天器姿态优化控制问题.在系统动量矩等于零时,其姿态控制问题可以转化为无漂移系统的非完整运动规划问题.采用Gauss伪谱法(GPM)将带有两个反作用动量飞轮的航天器姿态非完整运动规划问题转换为非线性规划问题(NLP),再通过SQP(sequential quadratic programming)算法求解.通过数值仿真、优化控制能达到设计的零边界控制要求,方便伺服电机对动量飞轮的控制;规划得到的姿态曲线与数值积分得到的曲线几乎完全重叠;权衡最终的优化目标值、运行时间和精度三因素找到合适的插值配点个数;结果表明了该方法对欠驱动航天器的姿态优化控制是有效的.

Integrating Factors and Conservation Theorems of Nonholonomic Dynamical System of Relative Motion

The integrating factors and conservation theorems of nonholonomic dynamical system of relative motion are studied. First, the dynamical equations of relative motion of system are written. Next, the definition of integrating factors is given, and the necessary conditions for the existence of the conserved quantities are studied in detail. Then, the conservation theorem and its inverse of system are established. Finally, an example is given to illustrate the application of the result.