摘要：针对未知侧滑和打滑干扰下轮式移动机器人(WMR)轨迹控制中,存在模型不确定性、外部干扰等扰动导致传统滑模控制易出现收敛精度不足、控制输入抖振的问题,提出一种基于非线性扩展状态观测器的自适应二阶滑模跟踪控制方法(ASOSMC-NESO)。首先建立了侧滑与打滑条件下的轮式移动机器人运动学和动力学模型;其次,由反步法设计运动学控制器,为动力学提供虚拟速度;接着,针对外部干扰设计了非线性扩展状态观测器,以估计总扰动;然后,基于二阶积分滑模的思想将积分滑模和非奇异快速终端滑模面相结合,设计了动力学控制器,并给出了控制器稳定性分析。实验结果表明,对比一阶滑模控制方法,该控制方法误差最大值在线性和非线性轨迹下,分别下降约89.53%和16.28%,而且控制输入基本不受干扰影响。由此可见,ASOSMC-NESO能有效提高WMR在未知侧滑和打滑下的控制精度,并有效削减抖振和提升WMR轨迹跟踪鲁棒性。

摘要：动态三维迷宫是较为困难的、具有不确定性和不完全信息的强化学习任务环境,使用常规奖励函数在此环境中训练任务,速度缓慢甚至可能无法完成。为解决利用强化学习在动态迷宫中寻找多目标的问题,提出一种基于事件触发的综合奖励方案。该方案将三维迷宫中各种行为状态表达为各种事件,再由事件驱动奖励。奖励分为环境奖励和内部奖励,其中环境奖励与三维迷宫任务直接相关,含有体现任务目标的节点奖励和任务约束的约束奖励。内部奖励与智能体学习过程中的状态感受相关,含有判断奖励和心情奖励。在实验中,综合奖励的性能均值相较于改进奖励提升54.66%。结果表明,综合奖励方案在提高完成任务满意度、增强探索能力、提升训练效率方面具有优势。

摘要：针对如何确定径向基函数(RBF)神经网络隐层结构这一问题进行研究,提出一种基于自组织聚类和JS散度的RBF神经网络。为解决K-means算法对初始值敏感的问题,提出基于距离的自组织初始聚类,将戴维森堡丁(DBI)指数作为准则函数,进一步提高聚类精度,得到代表数据集分布特性的隐节点;为解决隐节点冗余和相似的问题,提出一种基于敏感度分析的隐节点删除方法和基于詹森-香农(JS)散度的隐节点合并方法。仿真结果验证了该算法的有效性。

摘要：安装基座的随机振动给物料提升机系统带来不确定性,对此提出一种基于深度神经网络的非线性鲁棒控制策略。首先,采用一种嵌入哈密顿力学先验的深度神经网络(HNN),拟合了系统的动力学模型;然后,以此模型为基础,结合一种隐式Lyapunov(IL)函数,设计了系统的鲁棒镇定控制器。仿真显示,所提出的基于深度哈密顿神经网络结合IL函数控制器(HIL)的控制效果与基于精确模型的控制器IL几乎完全一致;相较传统的基于黑箱神经网络模型的IL控制(BIL)、基于误差模型(IL-E),其收敛时间分别减少了25.9%和32.5%。结果表明,所提出的控制策略能准确表征系统的非线性动力学特征,有效抑制基座振动不确定的影响,实现物料提升机的快速精确鲁棒镇定。

摘要：本文针对多房间的移动机器人内墙作业的路径规划任务,提出一种两阶段路径规划方法.第1阶段针对沿墙作业过程中环境存在灰尘或雾气造成的传感器失效问题,以及房间多出口时路径规划不完整问题,我们提出起点自动选择沿墙路径规划方法,基于栅格地图离线生成沿墙规划路径.第2阶段,针对点到点路径规划过程中的动态避障问题,我们提出一种基于PSAC (prioritized experience replay soft actor critic)算法的点到点路径规划方法,在软行动者-评论家(soft actor critic,SAC)的中引入优先级经验回放策略,实现机器人的动态避障.实验部分设计了沿墙路径规划对比实验和动态避障的对比实验,验证本文所提出的方法在室内沿墙路径规划和点到点路径规划的有效性.

摘要：为满足液压机械臂工作时输出高刚度,碰撞时变刚度实现柔顺性,让机器人在不同工作条件和场景下具有相应的柔顺性,设计了一种兼具阀控泄漏量和浮动位的液压伺服柔驱机构。首先,介绍该关节结构和变刚度原理;其次,利用Amesim建立其动态仿真模型,确定阀控泄漏量和浮动位半径范围;然后,利用MATLAB/Simulink建立其刚度仿真模型,分析单个因素与关节变刚度的关系;最后,基于MATLAB拟合关节刚度多元非线性回归方程,并通过程序实现刚度初始散点和拟合四维曲线对比图。仿真结果表明:在保证较好的动态特性时,该柔驱机构刚度能在较宽范围内连续可调。

摘要：为解决一类振动基机械臂在基座振动影响下的快速轨迹跟踪问题,提出了一种基于改进趋近律的新型滑模控制方法。将基座振动的影响视为系统的不确定外界扰动项;采用拉格朗日法建立了系统的非线性不确定动力学模型;提出一种新型对数幂次滑模趋近律,并结合一种快速终端滑模面,设计了系统的有限时间轨迹跟踪控制器;理论分析与硬件试验验证了所设计控制器的有效性。结果显示,该控制器有效抑制了基座振动的影响,在有限时间内实现了机械臂的精确轨迹跟踪。可见,该研究所提控制算法具有良好的有限时间控制特性及鲁棒性能。

摘要：针对存在外部振动激励与负载变化的机械臂在实现位置控制时耗时长、精度低等问题,提出了一种鲁棒有限时间控制方法。使用第二类Lagrange方法建立了含外部扰动的机械臂动力学方程,将基座所受振动激励处理为系统惯性不确定项,设计了基于隐式Lyapunov函数的有限时间控制器;结合有限时间稳定性引理,采用Lyapunov理论证明了所提控制算法可以在有限时间内收敛稳定,给出了控制器计算流程;以基座存在振动的两连杆机械臂为对象,搭建试验装置并考虑外部振动与负载变化的情况进行多组对比试验。研究结果表明:所提出的方法能克服基座振动与负载变化的影响,使控制对象快速趋近目标位置,具有较好的抗干扰性与鲁棒性。

摘要：在充分兼顾嵌入式三维测量系统对高效性、集成性、通用性以及灵活性等需求的基础上,设计了一种由3个异构核心构成的结构光三维测量系统架构。该多核异构架构层次清晰、结构灵活、通用性强,能兼容多种通用接口的光学器件(相机、投影仪等)。在此架构基础上,结合现场可编程门阵列并行流水优化方法,设计并实现了一种涵盖相位解调、解包裹以及相位深度映射等模块的全流程结构光三维测量系统。实验结果表明,所提方法在测量精度与传统PC平台相当的情况下,大大提高了测量效率,处理13幅1280×800分辨率的图像仅需12 ms,是同类算法在传统PC平台上的11倍。

摘要：实时的倾斜状态监测对大型风电塔筒、海上浮吊等重大机械装备的服役安全非常重要,而现有的电磁信号原理的倾斜传感器存在难以适应恶劣环境、大规模组网能力差、信号传输不够稳定等实际问题,为此研究了一种光纤光栅原理的新型倾斜传感器。基于经典等强度梁弹性元件,创新提出一种质量块与等强度梁之间活动连接和弹簧减震连接的新型倾斜传感机制。与现有的光纤光栅倾斜传感设计相比,被测对象振动引起的质量块摆动可被阻隔吸收,实现质量块和悬臂梁之间只传递力而不传递振动的良好效果。在阐述传感器结构设计细节、测量理论的基础上,制备了传感器样机,开展了全面的性能测试。试验结果表明,传感器在±15°的量程内,具有146.899 pm/(°)的高灵敏度,测量分辨率可达6.8×10^(-4),重复性误差小于4.125%。传感器还具备优越的抗蠕变性能、-40℃到60℃温度环境的适用性和良好温度补偿能力。经过对比测试,传感器的综合测量精度可达0.157°,且抗振动效果明显,在大型机械装备的安全监测领域应用潜力巨大。