非完整约束

摘要： 针对受非完整约束的多移动机器人系统的移动目标包围控制问题,提出一种基于输出反馈线性化的局部协同控制方法.利用机器人与邻居节点和目标的相对距离信息、角度信息以及机器人自身的方位角信息设计协同控制器.该方法无需事先指定包围编队形状,可实现对移动目标的速度估计,且保证机器人之间的障碍规避.严格的理论分析证明了移动目标指数收敛到多移动机器人构成的凸包内部.最后,仿真结果验证了所提控制方法的有效性.

摘要： 针对具有非完整约束的多无人机系统编队控制问题,提出了一种基于滑模的协同编队控制算法。控制目标是使多无人机系统能够收敛到期望编队,并且能够跟踪上期望的运动轨迹。在领导-跟随结构中,编队的期望运动轨迹由一个动态的虚拟领导者来表示,仅部分跟随者先验已知虚拟领导者信息,并且所有跟随者之间只能局部交互信息。首先,采用分布式状态观测器,使所有跟随者能够在有限时间内估计出虚拟领导者的状态。然后,利用该观测器的估计状态,提出了基于滑模的协同编队控制算法。最后,基于李雅普诺夫稳定性理论证明了多无人机系统的稳定性,并且通过5架无人机的仿真验证了所提算法的有效性。

摘要： 自行车系统是一个具有非完整约束的复杂系统,可以根据最小作用量原理通过欧拉-拉格朗日方程求解,利用差分代替微分及一系列修正截断误差的方法计算近似值.利用MATLAB,只要给定任意质点系的拉格朗日函数以及约束系数,即可求出系统的近似解,并通过这个方法为分析自行车的运动与稳定性提供一种新的思路.

摘要： 针对最小能量控制中初始参数难以确定的问题,利用欧拉-拉格朗日乘子处理系统约束而获得积分形式的变分方程,通过离散化变分方程,得到系统最优控制的必要条件,并选定合适的积分方法,求解非线性方程而得到系统最优控制解.仿真实验表明,该方法求解变分方程是可行的.

摘要： 首先利用几何结构关系理清了三轮移动机器人的所有非完整约束和完整约束,然后结合非完整力学系统的Euler-Lagrange方程计算得到其动力学方程。为了使得三轮移动机器人能够精确地沿着给定的轨迹曲线运动,将目标轨迹曲线转化为速度形式,然后通过引入一个微分同胚变换将该速度目标转化为和实际初始速度更为接近的形式,从而达到尽量减少控制系统的初始速度误差和累积位置误差的目的,最后结合最优控制和积分滑模控制方法为三轮移动机器人设计鲁棒跟踪控制器。仿真结果显示,提出的轨迹跟踪目标设计和控制方法能使三轮移动机器人精确沿着给定目标轨迹曲线运动,并具有一定的鲁棒性。

摘要： 欠驱动机械系统是机器人和非线性系统控制的研究热点,笔者对一类含有单一被动关节的平面欠驱动机械臂系统的控制方法的研究现状进行综述.给出了平面欠驱动机械臂的动力学模型和结构特点,并介绍了积分特性;根据积分特性将平面欠驱动机械臂分为完整系统、一阶非完整系统和二阶非完整系统,并对现有运动控制方法展开分析和讨论;在此基础上,对平面欠驱动机械臂系统控制存在的问题进行了简要分析,针对未来研究方向进行了展望,如统一的控制策略,多被动关节平面机械臂控制,多平面欠驱动机械臂控制,空间欠驱动机械臂控制,鲁棒策略和实验验证.

摘要： 两轮轮式机器人(TWMR, Two-Wheel Mobile Robot)是应用十分广泛的机器人系统,由于TWMR具有运动学非完整性约束、动力学饱和非线性,两个驱动系统相互耦合,实时运动过程中往往存在强干扰和系统时变特性,TWMR点镇定问题是运动控制中最重要、最基础的问题。本文搭建了基于新型直流电机双闭环驱动器的实际TWMR实验平台。

摘要： 针对轮式移动机器人车轮半径与车身宽度随实际应用发生变化而无法精准测量的问题,提出一种自适应轨迹跟踪控制算法.在移动机器人运动模型基础上引入自适应控制算法,以跟踪误差为目标,设计Lyapunov函数,并利用backstepping方法设计未知参数动态模型的自适应跟踪控制器,以补偿系统因不确定参数引起的误差.以双轮差速移动机器人为研究对象,通过对无自适应参数与引入自适应参数的仿真实验对比,表明在保证系统稳定性的前提下,该自适应轨迹跟踪控制方法能够使被控移动机器人运动轨迹准确收敛到预期参考轨迹,并且同时验证该控制方法的有效性与可靠性.

摘要： 履带车是一种典型的非完整约束系统.基于逐步递推法提出一种自适应扩展控制器,对含有未知参数的非完整性,根据运动学系统分析,建立自适应控制系统,轨迹跟踪,保证跟踪误差渐近收敛到零.最终获得整个闭环系统的实际控制律,且结合Lyapunov稳定性分析方法来保证闭环系统的收敛性.有效解决了不确定非完整履带车动力学系统的轨迹跟踪问题.仿真结果证明此系统的正确性和有效性.

摘要： 惯性圆锥破碎机存在整机振幅大且能耗高等问题,制约了其在工业领域的进一步发展,其多体动力学求解可以为明确各主要动力学参数与整机振幅和能耗的关系提供理论计算方法.采用绝对坐标法建模,将动锥的纯滚动约束等效为完整和线性非完整约束,得到了含一阶线性非完整约束的微分代数方程组,提出了基于隐式Runge-Kutta积分变步长的LU状态空间法.在稳定工况下,对定锥各测量点动态响应的仿真结果和工业现场试验结果进行对比分析,验证了模型和数值算法的有效性.计算结果表明:驱动转速、定锥质量、阻尼系数和动锥质量对振幅的影响较大,刚度系数对振幅几乎没有影响;增加定锥的质量可以有效降低单位能耗;在一定范围内,增加阻尼系数会造成阻尼耗散增大,使单位能耗升高.

摘要： GPS/INS组合克服了各自缺点,取长补短,使组合后的导航精度高于两个系统单独工作的精度.以其全天侯、全球性的三维定位、测姿和测速等高性能,成为目前应用最广泛的一种组合导航系统.本文通过在陆地车载环境下,利用TPIM10和GPS罗经两款组合导航装置,通过采用AINS软件对实测数据先进行EKF处理,同时使用非完整约束,最后完成RTS平滑处理,分析、比较不同算法对速度、位置及姿态误差的影响.

摘要： 本文基于连续Galerkin方法，给出非完整约束下多体系统时间离散的变分数值积分方法。首先对非完整多体系统Hamilton正则方程的弱形式进行时间离散，得到变分积分公式，然后讨论该积分方法对能量及约束的保持，最后以蛇板为例对该方法进行数值验证和比较。

摘要： 基于人工势场的移动机器人路径规划方法在最近20多年里受到了广泛关注。然而研究者主要将目光集中于解决其各种理论问题,在研究中大都将机器人看作无约束的质点或刚体,通常无法直接应用于受到非完整约束限制的轮式移动机器人。针对人工势场法在轮式移动机器人上的实现问题,本文对两种已有实现方法进行了理论分析,指出其存在目标不可达的隐患和无法在不同环境下兼顾路径规划性能的问题,并提出一种基于模糊规则的新方法,通过在不同的情况下调整控制方式和参数解决前述问题。仿真研究表明,该方法在保证目标可达的前提下能够在多种环境中获得更好的总体规划性能。

摘要： 航天器多体系统在忽略微弱的重力梯度力矩时,相对于质心的动量矩守恒使得系统成为非完整约束系统。针对各种类型的非完整控制系统的理论和应用控制问题已经进行了大量的研究。控制问题的相关难点与非完整系统特性及控制目的有关。对于某些控制目的，经典的非线性控制方法，如反馈线性化和动力学求逆是有效的。然而，许多普通控制目的，例如运动规划和平衡状态的稳定性，不能使用标准的非线性控制方法，已经研究出现了新的方法，很多研究已经转移到了非线性运动规划，也就是，研究从一个特定的初始状态转移到一个特定的结束状态的开环控制。Lafferriere和Sussmann[1]考虑了幂零系统情况下，提出了使用分段定常输入的通用运动方法。Li和Canny[2]使用了标准路径来研究球面指端在物体上的运动。文献[3]中介绍了许多先进的非完整运动规划方法，戈新生[4]用Ritz 方法研究了空间机械臂的姿态控制问题。这些运动规划方法大致可以划分为微分几何、微分代数技术，几何相位（完整）方法，控制参数方法。这些方法虽然看起来是不同的，但是实际上它们本质上等价的、有关联的。本文利用最优控制方法和Ritz近似理论，研究了航天器多体系统姿态运动的非完整最优控制规划的问题。并使用四元数代替欧拉角描述了航天器本体姿态，四元数具有不存在奇异性、计算量小和计算精度高等优点。文末以带有两个动量飞轮航天器系统为例，得到了两个飞轮的控制输入规律，使得本体姿态运动达到期望姿态。证明了算法的有效性。

摘要： 用"冰刀+车轮"的模式对履带约束进行了数学描述,该约束属于一阶线性非完整约束;在此基础上,又对履带装置中的力元进行了数学描述,这些描述为从理论上研究履带车辆的动力学建模奠定了基础.

摘要： GPS接收机与MEMS IMU组合可以提供一个低成本陆地车辆导航方案,但是目前的MEMS惯性传感器的精度还不足以支撑较长时间的GPS失效。本文研究了陆地车辆运动的特点。提出只使用一只战术级陀螺,其余用MEMS器件的解决方案。利用战术级IMU HG1700和MEMS IMU Crista混合出几种虚拟的IMU,在载体坐标系的三个轴方向使用不同精度的惯性传感器.在紧组合方案的卡尔曼滤波器中,单差L1 C/A码和多普勒作为观测量进行导航解算.使用了非完整约束来改善GPS失效时系统的定位精度。车载试验在加拿大Calgary市的Springbank机场附近进行。测试结果表明该方案在40秒的GPS完全失效后,组合系统的水平定位误差小于20 s(RMS),在GPS部分失效情况,可以提供米级水平定位精度。此外,评估了应用非完整约束条件的作用。

摘要： 本文主要针对含有非完整约束的多移动机器人系统,讨论了多机器人的分布式编队控制问题。通过连续时变状态反馈控制方法和图论知识,设计了一种能够实现机器人编队的队形控制律,利用位置相关的势能函数的避障控制律使得机器人与其相邻机器人和外界障碍物不发生碰撞,仿真说明了这两种控制律的有效性。

摘要： 主要研究开关控制算法(即Bang-Bang控制)在轮式移动式焊接机器人焊缝跟踪中的应用。在焊缝跟踪过程中,将Bang-Bang控制算法和焊接机器人的动力学约束相结合,对焊接机器人的速度和加速度进行控制。通过将控制算法应用于方向跟踪和速度跟踪过程,可以有效的避免焊接机器人跟踪过程中的打滑现象。试验表明,该算法应用于焊缝跟踪过程有利于提高跟踪精度和保证跟踪的稳定性,具有一定的应用价值。

摘要： 主要研究开关控制算法(即Bang-Bang控制)在轮式移动式焊接机器人焊缝跟踪中的应用。在焊缝跟踪过程中,将Bang-Bang控制算法和焊接机器人的动力学约束相结合,对焊接机器人的速度和加速度进行控制。通过将控制算法应用于方向跟踪和速度跟踪过程,可以有效的避免焊接机器人跟踪过程中的打滑现象。试验表明,该算法应用于焊缝跟踪过程有利于提高跟踪精度和保证跟踪的稳定性,具有一定的应用价值。

摘要： 主要研究开关控制算法(即Bang-Bang控制)在轮式移动式焊接机器人焊缝跟踪中的应用。在焊缝跟踪过程中,将Bang-Bang控制算法和焊接机器人的动力学约束相结合,对焊接机器人的速度和加速度进行控制。通过将控制算法应用于方向跟踪和速度跟踪过程,可以有效的避免焊接机器人跟踪过程中的打滑现象。试验表明,该算法应用于焊缝跟踪过程有利于提高跟踪精度和保证跟踪的稳定性,具有一定的应用价值。

摘要： 一种基于联合结构约束和不完整多模态数据非线性关联分析方法,通过4个步骤得到多个模态表型数据和SNP对应的权重，本发明通过非线性变换去构建SNP与表型的非线性关联，从而考虑了SNP与表型之间的复杂关联，并通过多个SNP对表型的贡献得到不同模态对应的模态共享和模态特定的生物标记物。本发明的最小均方根误差明显优于通过现有技术得到的最小均方根误差的值，从而能够提升检测生物标志物的性能。

摘要： 本发明实施例公开了一种非完整性约束自适应量测噪声方法，包括：步骤1：获取安装角精度和GNSS定位模式；步骤2：根据安装角精度和GNSS定位模式确定NHC量测噪声初值；步骤3：判断当前时刻车辆的运动状态；步骤4：自适应确定NHC量测噪声。本发明根据安装角精度和GNSS定位模式确定NHC量测噪声初值，利用车辆运动状态信息，对NHC侧向量测噪声进行自适应修正，并在车辆连续转弯时引入时间滑动窗口，有效提升了组合定位解的精度；本发明对基于低成本传感器的组合导航性能的改善尤其显著；在隧道场景中，使用本发明的方法，相比NHC量测噪声传统的确定方法，MEMS递推定位精度可改善40%以上。

摘要： 本发明公开了一种非完整约束系统的机械化力学建模方法，在进行约束分析时，根据非完整约束的复杂情况引入中间变量描述非完整约束关系；通过约束分析揭示动能中包含的独立广义速度信息，提取独立广义速度乘积项的系数并将其定义为中间变量，将动能改写为一种新的表达形式；在建模过程中，需要大量计算一些函数变量对广义坐标的偏导数或对时间的全导数，可以通过剖析变量隶属结构，建立函数—变量蕴含关系表并引入复合求导来解决；计算非完整约束对系统的影响项较复杂，可以定义几个结构数组存放计算结果。为了避免中间变量回代入而引起的模型膨胀问题，模型的计算表达式需要按逆序输出。

摘要： 本发明涉及一种基于非完整约束的新型欠驱动机器人手腕装置，包括一个静平台、一个动平台、两个分支机构链、两个驱动动力源和一个中间约束装置，所述静平台通过所述两个分支机构链连接所述动平台，所述两个分支机构链在两个驱动动力源的驱动下，经两个分支机构链传动，中间约束装置形成一个非完整约束，从而实现了动平台的三自由度运动。本发明采用两个动力源驱动的三自由度并联机构作三自由度运动，动力源少，以手腕的体积也小，重量轻，成本低，仅需要较低的控制系统，本发明结构简单，工作可靠，可作为机器人的关节，用以实现较少的动力源驱动较多的手臂关节自由度。

摘要： 本发明公开了一种网络化非完整约束多机器人分群一致追踪控制方法，属于控制技术领域，包括以下步骤：步骤一、对每个移动机器人硬件系统进行初始化设置，获得各个移动机器人的初始位置和姿态信息；步骤二、分析多组非完整约束两轮驱动的移动机器人系统，建立高阶非线性欧拉‑拉格朗日模型；步骤三、基于动力学和运动学结合设计自适应滑模力矩控制器，确定分群控制协议；步骤四、根据移动机器人的初始状态信息，利用步骤三的获得移动机器人的轨迹方程，进而将控制信息输送至执行模块，实现移动机器人的实时控制，然后设定各群组的轨迹方程，多移动机器人根据轨迹路线进行复合路径的轨迹跟踪，实现非完整约束多移动机器人多目标自主运行、协同配合。

摘要： 本发明提供一种非完整约束条件下的连续曲率路径优化方法，该方法构造出来的平滑曲线满足非完整约束条件、曲率连续、存在解析解便于实时计算，有助于提高路径跟踪控制的精度。具体步骤包括：依据车辆转向能力约束确定可行驶的最大曲率；从原始路径上起始点开始按序选取三个路径点；构造两段参数化的三阶Bezier曲线，确定参数值以满足曲率连续和最大值受限双重约束条件；依据参数化方程计算平滑曲线上各点的曲率；对平滑曲线进行非均匀离散化，获取平滑后的目标路径点；重复上述步骤完成对全局路径点的平滑处理；检查平滑曲线与原路径点的拟合匹配情况，并与障碍地图进行碰撞检测。由此，最终得到的优化路径兼顾了无人车辆行驶控制的可通过性和平顺性。

摘要： 本发明请求保护一种基于车辆非完整约束的多相机运动状态估计方法，包括步骤：1.多相机统一坐标系，获取相机间的刚性约束；2.单目SLAM的构建；3.车辆运动模型的建立，对车辆在直线运动和转弯状态下分别进行建模，根据Ackerman转向原理可以计算出车辆和相机的旋转角θ，平移角和绝对偏移量ρ和λ的数学关系，从而为多相机系统提供运动学约束求取尺度信息。4.多相机系统和车辆的运动估计，完成初步的位姿估计及局部点云地图生成。5.相机的帧间位姿恢复和特征点匹配的重投影误差采用光束法平差进行优化，获取车辆及车载多相机系统的准确位姿估计及全局点云。本发明适用于汽车高精度定位和状态估计，具有更广的适应性、更高的准确度且较好的鲁棒性。

摘要： 一种基于非完整约束的次驱动机械手，第一个关节由电机驱动，摩擦轮的一端固定于机架上，其轴线不随关节角转动而改变，摩擦盘固定于第一关节上，其轴线随关节转动而改变。轮1和盘5、轮2和盘5、轮2和盘6均构成摩擦圆盘单元，利用摩擦传动。该机械手结构简单，控制操作比较方便，具有很强的实用性。

摘要： 本发明公开了一种非完整约束系统的机械化力学建模方法，在进行约束分析时，根据非完整约束的复杂情况引入中间变量描述非完整约束关系；通过约束分析揭示动能中包含的独立广义速度信息，提取独立广义速度乘积项的系数并将其定义为中间变量，将动能改写为一种新的表达形式；在建模过程中，需要大量计算一些函数变量对广义坐标的偏导数或对时间的全导数，可以通过剖析变量隶属结构，建立函数—变量蕴含关系表并引入复合求导来解决；计算非完整约束对系统的影响项较复杂，可以定义几个结构数组存放计算结果。为了避免中间变量回代入而引起的模型膨胀问题，模型的计算表达式需要按逆序输出。

摘要： 本发明涉及一种基于非完整约束的新型欠驱动机器人手腕装置，包括一个静平台、一个动平台、两个分支机构链、两个驱动动力源和一个中间约束装置，所述静平台通过所述两个分支机构链连接所述动平台，所述两个分支机构链在两个驱动动力源的驱动下，经两个分支机构链传动，中间约束装置形成一个非完整约束，从而实现了动平台的三自由度运动。本发明采用两个动力源驱动的三自由度并联机构作三自由度运动，动力源少，以手腕的体积也小，重量轻，成本低，仅需要较低的控制系统，本发明结构简单，工作可靠，可作为机器人的关节，用以实现较少的动力源驱动较多的手臂关节自由度。