基于自适应动态规划的可重构机器人系统分散积分滑模最优控制研究
发布时间：2021-06-05 11:36
可重构机器人可以根据不同的任务需求对自身构形进行重新组合与配置,从而表现出许多传统机器人所不具有的优势。“模块化”与“可重构”作为可重构机器人设计的两大基本要求,其主要思想是将一个复杂的机器人系统分解为多个具有较高便携性与可维护性的子系统,从而有效缩短机器人系统的设计与制造的周期。可重构机器人系统不可避免在未知环境下完成工作,并且要综合考虑并确保系统的稳定性、鲁棒性、精确性、节能性等指标,因此在环境信息不确定的条件下采用合适的控制策略是十分必要的。最优控制作为现代控制理论的重要组成部分,其研究的核心问题是对于一个给定的被控系统,选择合适的控制策略使系统的某些性能指标达到最优。对于可重构机器人系统,获取其最优控制策略则需要求解哈密顿-雅克比-贝尔曼方程,而该方程是一类非线性偏微分方程,难以用解析方法求得最优解。自适应动态规划方法是一种解决非线性系统最优控制问题的强有力工具,在自适应动态规划系统中,神经网络被设计用来近似性能指标函数并估计哈密顿-雅克比-贝尔曼方程的解。为了在提高可重构机器人系统控制性能的同时降低控制器所需的能耗代价,本文将自适应动态规划方法与最优控制理论相结合,研究可重构...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
面向不确定环境的机器人系统
第1章绪论3可重构攀爬机器人[8]，实施目标跟踪可重构机器人[9]，可重构爬坡机器人[10]，蛇形可重构机器人[11]，热熔合金可重构机器人[12]等，如图1-2所示。Baca[13]等人研究的可重构灵敏性搜索机器人，模拟了运动步态，并在真实的ModRED系统中实施。Saleh等人[14]研发了可重构的开门机器人，主要关注点是如何防止门因为大力所发生定位误差或不精确的建模误差。Luzius等人[15]研究的可重构热熔式机器人，它可以扩大自身的结构并且在鲁棒性以及自适应性有着良好的性能。Ning等人[16]提出了一种三维超冗余链机器人系统，无论系统有多少自由度，都可以实现模块化扩展。Palpacelli等人[17]研究了三自由度的可重构并联机械手，机械手有着简单的运动学以及静力学模型。Briot等人[18]提出了可重构柔性并联机器人，运用动力学模型的递归运算，减少了机器人所需要的运算时间以及运算量。(a)动态感知可重构机器人[4](b)可重构自主开门机器人[5](c)垂直起降型可重构飞行机器人[6](d)PolyBot链式可重构机器人[7](e)可重构攀爬机器人[8](f)实时目标跟踪可重构机器人[9](g)可重构爬坡机器人[10](h)蛇形可重构机器人[11](i)热熔合金可重构机器人[12]图1-2多种类型的可重构机器人1.2.2国内研究现状国内学者近年来提出了M-Lattice型可重构机器人[19]，腿轮式可重构机器人[20]，三维可重构蛇形机器人[21]等，如图1-3所示。在最近几年，可重构机器人有越来越多的应用场合。丁承群等人[22]利用机器人操作系统，根据不同模块硬件组合，研究了可重
第1章绪论4构排爆机器人。刘香玉等人[23]运用ADAMS软件，提出存在行走、滚动、步行能力的可重构移动机器人。张硕等人[24]根据Simulink软件，研究了履带/轮式形态可重构机器人。衣正尧等人[25]根据船厂的实际应用，提出了船舶外板的喷涂可重构机器人。岳念等人[26]根据图论理论，建立了可重构腿轮时月面机器人。与此同时，随着对可重构机器人操作性能及控制精度要求的不断提高，学者们还针对移动构件快速定位[27]、自动分拣[28]、抓取位姿检测[29]、网络调相运动控制[30]等问题进行了一定程度的研究。赵博等人[31]使用了积分滑模控制方法实现了可重构机器人的分散控制，并可以在实际中运用。周帆等人[32]在力/位置传感技术的基础上，提出了带谐波传动的可重构机器人分散控制。王树祥等人[33]提出了基于机器人关节的逆双曲正弦跟踪微分算法的速度估计方法。董博等人[34-36]针对带有动态约束谐波传动的可重构模块机械臂提出了基于关节力矩的分散积分滑模控制，其中滑模控制器中运用了可变增益超螺旋算法。在[36]的基础上，提出了当可重构机器人存在不确定环境时，基于力矩传感的分散最优神经控制，并且运用了自适应动态规划的方法得到最优控制律[37]。在[37]的基础上，提出了基于自适应动态规划的评判-辨识的分散神经最优控制方法[38]。赵博等人[39]提出了无模型基础下的可重构机器人近似最优分散跟踪控制。(a)M-Lattice型可重构机器人[19](b)腿轮式可重构机器人[20](c)三维可重构蛇形机器人[21](d)机器人移动构件快速定位[27](e)机器人自动分拣[28](f)机器人抓取位姿检测[29]图1-3国内自主研发的可重构机器人系统及其相关技术
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进差分进化算法的机器人动力学参数辨识方法研究[J]. 张建宇,段建龙. 北京联合大学学报. 2020(01)
[2]磁吸附轮式擦窗机器人动力学建模与仿真[J]. 孙立新,李峰亮,董鹏,王小旭. 机械设计与制造. 2020(01)
[3]协作机器人动力学参数辨识方法研究[J]. 潘炳伟,吕燕,蒋劲峰,薛佩姣. 上海电气技术. 2019(04)
[4]一种滚动密封式爬壁机器人动力学建模与分析[J]. 秦基伟,常勇,袁兵兵,付兴伟,王天龙. 中国机械工程. 2019(24)
[5]前列腺针刺机器人的动力学建模与仿真研究[J]. 王富刚,时运来,张军,付少蕾,吴文博. 机电工程. 2019(12)
[6]基于运动发散分量动力学的双足机器人行走策略研究[J]. 董胜,袁朝辉,张建锐,马尚君. 西北工业大学学报. 2019(06)
[7]Brokk60机器人机械臂的动力学建模与仿真[J]. 薛帅,邹树梁,刘军. 机械. 2019(12)
[8]基于自适应粒子群遗传算法的柔性关节机器人动力学参数辨识[J]. 王跃灵,旺玥,王琪,王洪斌. 计量学报. 2020(01)
[9]高架与爬壁重构的船舶外板喷涂机器人设计[J]. 衣正尧,林焰,隋江华,李楷. 机床与液压. 2019(21)
[10]模块化轮腿式月面机器人方案设计[J]. 岳念,李聪,韩亮亮,张元勋. 载人航天. 2019(05)
博士论文
[1]基于单元体机构的可重构并联机构设计及分析[D]. 黄冠宇.北京交通大学 2019
[2]基于局部信息的可重构模块机器人动力学控制方法研究[D]. 朱明超.吉林大学 2009
硕士论文
[1]新型可重构机构式并联机床的设计与动力学分析[D]. 黄慕华.广西大学 2019
[2]可重构式排水管道机器人结构研究与动力学分析[D]. 关强.哈尔滨工程大学 2018
[3]可重构软体模块化机器人研制及其运动控制研究[D]. 王羽麟.哈尔滨工业大学 2018
[4]复合驱动模块化可重构柔索并联机器人结构设计、协同避障及动力学研究[D]. 王炳尧.合肥工业大学 2017
本文编号：3212090
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
面向不确定环境的机器人系统
第1章绪论3可重构攀爬机器人[8]，实施目标跟踪可重构机器人[9]，可重构爬坡机器人[10]，蛇形可重构机器人[11]，热熔合金可重构机器人[12]等，如图1-2所示。Baca[13]等人研究的可重构灵敏性搜索机器人，模拟了运动步态，并在真实的ModRED系统中实施。Saleh等人[14]研发了可重构的开门机器人，主要关注点是如何防止门因为大力所发生定位误差或不精确的建模误差。Luzius等人[15]研究的可重构热熔式机器人，它可以扩大自身的结构并且在鲁棒性以及自适应性有着良好的性能。Ning等人[16]提出了一种三维超冗余链机器人系统，无论系统有多少自由度，都可以实现模块化扩展。Palpacelli等人[17]研究了三自由度的可重构并联机械手，机械手有着简单的运动学以及静力学模型。Briot等人[18]提出了可重构柔性并联机器人，运用动力学模型的递归运算，减少了机器人所需要的运算时间以及运算量。(a)动态感知可重构机器人[4](b)可重构自主开门机器人[5](c)垂直起降型可重构飞行机器人[6](d)PolyBot链式可重构机器人[7](e)可重构攀爬机器人[8](f)实时目标跟踪可重构机器人[9](g)可重构爬坡机器人[10](h)蛇形可重构机器人[11](i)热熔合金可重构机器人[12]图1-2多种类型的可重构机器人1.2.2国内研究现状国内学者近年来提出了M-Lattice型可重构机器人[19]，腿轮式可重构机器人[20]，三维可重构蛇形机器人[21]等，如图1-3所示。在最近几年，可重构机器人有越来越多的应用场合。丁承群等人[22]利用机器人操作系统，根据不同模块硬件组合，研究了可重
第1章绪论4构排爆机器人。刘香玉等人[23]运用ADAMS软件，提出存在行走、滚动、步行能力的可重构移动机器人。张硕等人[24]根据Simulink软件，研究了履带/轮式形态可重构机器人。衣正尧等人[25]根据船厂的实际应用，提出了船舶外板的喷涂可重构机器人。岳念等人[26]根据图论理论，建立了可重构腿轮时月面机器人。与此同时，随着对可重构机器人操作性能及控制精度要求的不断提高，学者们还针对移动构件快速定位[27]、自动分拣[28]、抓取位姿检测[29]、网络调相运动控制[30]等问题进行了一定程度的研究。赵博等人[31]使用了积分滑模控制方法实现了可重构机器人的分散控制，并可以在实际中运用。周帆等人[32]在力/位置传感技术的基础上，提出了带谐波传动的可重构机器人分散控制。王树祥等人[33]提出了基于机器人关节的逆双曲正弦跟踪微分算法的速度估计方法。董博等人[34-36]针对带有动态约束谐波传动的可重构模块机械臂提出了基于关节力矩的分散积分滑模控制，其中滑模控制器中运用了可变增益超螺旋算法。在[36]的基础上，提出了当可重构机器人存在不确定环境时，基于力矩传感的分散最优神经控制，并且运用了自适应动态规划的方法得到最优控制律[37]。在[37]的基础上，提出了基于自适应动态规划的评判-辨识的分散神经最优控制方法[38]。赵博等人[39]提出了无模型基础下的可重构机器人近似最优分散跟踪控制。(a)M-Lattice型可重构机器人[19](b)腿轮式可重构机器人[20](c)三维可重构蛇形机器人[21](d)机器人移动构件快速定位[27](e)机器人自动分拣[28](f)机器人抓取位姿检测[29]图1-3国内自主研发的可重构机器人系统及其相关技术
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进差分进化算法的机器人动力学参数辨识方法研究[J]. 张建宇,段建龙. 北京联合大学学报. 2020(01)
[2]磁吸附轮式擦窗机器人动力学建模与仿真[J]. 孙立新,李峰亮,董鹏,王小旭. 机械设计与制造. 2020(01)
[3]协作机器人动力学参数辨识方法研究[J]. 潘炳伟,吕燕,蒋劲峰,薛佩姣. 上海电气技术. 2019(04)
[4]一种滚动密封式爬壁机器人动力学建模与分析[J]. 秦基伟,常勇,袁兵兵,付兴伟,王天龙. 中国机械工程. 2019(24)
[5]前列腺针刺机器人的动力学建模与仿真研究[J]. 王富刚,时运来,张军,付少蕾,吴文博. 机电工程. 2019(12)
[6]基于运动发散分量动力学的双足机器人行走策略研究[J]. 董胜,袁朝辉,张建锐,马尚君. 西北工业大学学报. 2019(06)
[7]Brokk60机器人机械臂的动力学建模与仿真[J]. 薛帅,邹树梁,刘军. 机械. 2019(12)
[8]基于自适应粒子群遗传算法的柔性关节机器人动力学参数辨识[J]. 王跃灵,旺玥,王琪,王洪斌. 计量学报. 2020(01)
[9]高架与爬壁重构的船舶外板喷涂机器人设计[J]. 衣正尧,林焰,隋江华,李楷. 机床与液压. 2019(21)
[10]模块化轮腿式月面机器人方案设计[J]. 岳念,李聪,韩亮亮,张元勋. 载人航天. 2019(05)
博士论文
[1]基于单元体机构的可重构并联机构设计及分析[D]. 黄冠宇.北京交通大学 2019
[2]基于局部信息的可重构模块机器人动力学控制方法研究[D]. 朱明超.吉林大学 2009
硕士论文
[1]新型可重构机构式并联机床的设计与动力学分析[D]. 黄慕华.广西大学 2019
[2]可重构式排水管道机器人结构研究与动力学分析[D]. 关强.哈尔滨工程大学 2018
[3]可重构软体模块化机器人研制及其运动控制研究[D]. 王羽麟.哈尔滨工业大学 2018
[4]复合驱动模块化可重构柔索并联机器人结构设计、协同避障及动力学研究[D]. 王炳尧.合肥工业大学 2017
本文编号：3212090
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/3212090.html
