人机协作环境下网络化机器人高性能控制关键技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61803033
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0301.控制理论与技术
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

For the accuracy of robots and flexibility of humans, “human-robot collaboration” has been significantly oriented the development of robotics. Meanwhile, in the integration development of “Made in China 2025” and “Internet +”, networked robot has also been developing rapidly because of its advantages of data processing and sharing. Therefore, the networked human-machine collaborative robot which combines the two advantages will have great potential for application. Compared with the traditional application, the work environment of networked human-machine collaborative robot is more complex, which puts forward higher requirements on robot control quality. In view of this, by system modeling, error analysis and correction, controller design and experimental verification, the challenges facing the high performance control of the networked human-machine collaborative robot are systematically studied by this project. Since the traditional high performance control cannot be applied to the complex network environment and is sensitive to the unknown disturbances and also hard to real time implementation, several schemes including finite time robust adaptive control, robust predefined performance adaptive control, fast model predictive control, and predefined-performance-model-predictive compound control are investigated in this research. On this basis, a new practical high performance control design method is finally developed for the networked robots applied to complicated scenario such as human-robot collaboration, which can meet the high quality control needs with real-time, fast, precise characteristics for multiple state variables.
近年来,结合机器人的准确度和人的灵活性,“人机协作”成为机器人领域重要发展方向。与此同时,在“中国制造2025”与“互联网+”融合推进过程中,网络化机器人因其数据处理和共享优势也得到了快速发展。鉴于此,结合两方优势的网络化人机协作机器人将具有巨大应用潜力。相较传统应用,人机协作作业场景更加复杂,对机器人控制品质提出了更高的要求。对此,本项目以满足网络化机器人应用于人机协作等复杂作业场景时面临的多状态变量的实时、快速、精准高品质控制需求为目标,通过系统建模、误差分析与修正、控制设计和实验验证,系统研究网络化机器人高性能控制面临的挑战。为解决传统高性能控制难以适用复杂网络环境、对未知扰动敏感、实时性差等应用受限难题,提出了有限时间鲁棒自适应控制、预定性能鲁棒自适应控制、快速模型预测控制、预定性能-模型预测复合控制等方法。本项目的研究可为网络化人机协作机器人提供一套实用高性能控制综合设计方法。

结项摘要

本项目针对机器人系统在执行人机协作作业中面临的环境感知和多约束控制需求,开展了深入研究,提出了一些列实用高性能控制方法和机器人智能感知方法。该课题为机器人智能控制与应用领域研究的热点之一,综合了机器人、控制论、最优化理论、人工智能、大数据等领域研究,研究难度大。首先,提出了一种融合人体电生理信号与力传感器的新型柔顺控制方法,通过人机协同搬运任务验证了有效性。针对传统描述性能控制方法应用于实际机器人系统时,易受到未知扰动影响从而发生控制奇异,影响控制稳定性问题,提出了多传感器数据融合方法和鲁棒类描述性能控制方法,在提高控制性能的同时,提高了控制器的可实施性。针对传统有限时间控制、描述性能控制等方法得到的性能约束与机器人初始状态有关,不利用工程快速部署实践问题,提出了一种简化的预定性能控制方法。同时,也应用模型预测控制策略、控制障碍函数方法,从多角度提出机器人鲁棒多约束控制策略,进一步确保了机器人控制性能。项目搭建了脊柱手术遥操作机器人系统,验证了所提控制算法的有效性。最后,在高性能控制基础上,项目组还开展了机器人智能感知关键技术研究,提出了机器人系统人机交互智能感知与规划控制方法,进一步提高了机器人智能化水平。.依托该项目,项目组共发表SCI期刊论文13篇,EI会议论文9篇,出版中文专著1部,授权发明专利1项,获吴文俊人工智能自然科学二等奖1项。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(1)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(9)
专利数量(1)
Robust Model Predictive Tracking Control for Robot Manipulators With Disturbances
具有扰动的机器人机械臂的鲁棒模型预测跟踪控制
  • DOI:
    10.1109/tie.2020.2984986
  • 发表时间:
    2021-05-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Dai, Li;Yu, Yuantao;Xia, Yuanqing
  • 通讯作者:
    Xia, Yuanqing
Predefined performance adaptive control of robotic manipulators with dynamic uncertainties and input saturation constraints
具有动态不确定性和输入饱和约束的机器人操纵器的预定义性能自适应控制
  • DOI:
    10.1016/j.jfranklin.2021.07.025
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
    Journal of the Franklin Institute
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Weizhi Lyu;Di-Hua Zhai;Yuhan Xiong;Yuanqing Xia
  • 通讯作者:
    Yuanqing Xia
面向人机交互的运动想象脑电信号感知算法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    无人系统技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王康;翟弟华;夏元清
  • 通讯作者:
    夏元清
Disturbance Rejection MPC Framework for Input-Affine Nonlinear Systems
输入仿射非线性系统的抗扰 MPC 框架
  • DOI:
    10.1109/tac.2021.3133376
  • 发表时间:
    2022-12-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATIC CONTROL
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Xie, Huahui;Dai, Li;Xia, Yuanqing
  • 通讯作者:
    Xia, Yuanqing
An MVMD-CCA Recognition Algorithm in SSVEP-Based BCI and Its Application in Robot Control
基于SSVEP BCI的MVMD-CCA识别算法及其在机器人控制中的应用
  • DOI:
    10.1109/tnnls.2021.3135696
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Kang Wang;Di-Hua Zhai;Yuhan Xiong;Leyun Hu;Yuanqing Xia
  • 通讯作者:
    Yuanqing Xia

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其他文献

随机非线性时滞系统输入-状态和输入-输出稳定性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国科学技术大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    翟弟华;康宇;赵平;孟浩飞
  • 通讯作者:
    孟浩飞
时变时滞线性系统的时滞相关鲁棒稳定性(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国科学技术大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孟浩飞;康宇;翟弟华
  • 通讯作者:
    翟弟华
时变时滞线性系统的时滞相关鲁棒稳定性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国科学技术大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孟浩飞;康宇;翟弟华
  • 通讯作者:
    翟弟华

其他文献

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翟弟华的其他基金

云端赋能机器人高性能多约束控制理论与关键技术研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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