挖掘机器人预设时间实用自适应跟踪控制

1

作者 周家峰 华长春 +1 位作者 张波 储海军 《控制工程》 北大核心 2025年第8期1465-1471,共7页

针对挖掘机器人动力学系统,提出了一种预设时间实用自适应跟踪控制算法。首先,提出的时变约束函数和复合映射函数使得挖掘机器人关节角度的跟踪误差可以在预设时间内达到设定精度,并且消除了关节角度对初始误差要求的限制,提高了算法在... 针对挖掘机器人动力学系统,提出了一种预设时间实用自适应跟踪控制算法。首先,提出的时变约束函数和复合映射函数使得挖掘机器人关节角度的跟踪误差可以在预设时间内达到设定精度,并且消除了关节角度对初始误差要求的限制,提高了算法在实际工程中的适用性与灵活性。其次,通过自适应方法解决了铲斗尖端在工作时受到外部干扰的问题。最后,通过李雅普诺夫方法证明了挖掘机器人系统的稳定性,并且通过仿真验证了所提控制方法的有效性。 展开更多

关键词 预设时间控制 挖掘机器人 轨迹跟踪 自适应控制

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基于YOLOv4的挖掘机器人土坑检测与三维重建

2

作者 林俊杰 李笑 +1 位作者 刘晓明 蔡旭明 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第10期216-220,225,共6页

为解决挖掘机器人作业目标的土坑图像难以检测和分割问题,提出一种基于卷积神经网络YOLOv4的挖掘机器人土坑检测与三维重建方法。利用双目相机获取挖掘机器人作业过程中的土坑图像,采用YOLOv4及立体匹配算法,在图像上分割出土坑并计算... 为解决挖掘机器人作业目标的土坑图像难以检测和分割问题,提出一种基于卷积神经网络YOLOv4的挖掘机器人土坑检测与三维重建方法。利用双目相机获取挖掘机器人作业过程中的土坑图像,采用YOLOv4及立体匹配算法,在图像上分割出土坑并计算出土坑相对挖掘机器人的距离及土坑体积,以此为挖掘机器人铲斗路径规划提供依据。实验结果表明:该方法简单有效,误差在4%以内,能满足微型挖掘机器人作业过程对土坑的检测与定位要求,可为微型和中小型自主作业挖掘机器人的视觉检测系统设计提供指导和借鉴。 展开更多

关键词 挖掘机器人 检测 三维重建 土坑 YOLOv4

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动态协同算法在挖掘机器人控制的优化研究 被引量：3

3

作者 李维宇 王玉璟 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第6期331-337,共7页

针对矿用挖掘机器人的控制耦合特性,提出了动态协同优化控制算法。首先,将机器人的设计优化系统解耦到水平/垂直运动空间中,以减弱各液压回路之间的强耦合关系,将空间姿态系数引入水平/垂直运动空间的主/辅反馈控制回路,在各控制回路之... 针对矿用挖掘机器人的控制耦合特性,提出了动态协同优化控制算法。首先,将机器人的设计优化系统解耦到水平/垂直运动空间中,以减弱各液压回路之间的强耦合关系,将空间姿态系数引入水平/垂直运动空间的主/辅反馈控制回路,在各控制回路之间弱耦合的前提下,获得各液压回路的精确动态控制信号,最终实现了机器人整体系统的最优控制。最后,通过实验和仿真验证了所提出的动态协同优化控制算法的有效性,机器人空间姿态控制中具有较优的瞬态调节性能和稳定性。 展开更多

关键词 挖掘机器人 动态协同优化 空间姿态系数 控制算法

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挖掘机器人虚拟样机建模策略与仿真技术研究 被引量：18

4

作者 刘静 潘双夏 冯培恩 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第11期1490-1495,共6页

为了全面分析挖掘机器人的综合性能,提出基于数字化虚拟样机的虚拟测试评估方法.以一台3.5t试验型挖掘机器人为对象,系统研究挖掘机器人虚拟样机的子系统建模及模型集成技术.利用Pro/E和ADAMS软件建立机械子系统、液压子系统、伺服控制... 为了全面分析挖掘机器人的综合性能,提出基于数字化虚拟样机的虚拟测试评估方法.以一台3.5t试验型挖掘机器人为对象,系统研究挖掘机器人虚拟样机的子系统建模及模型集成技术.利用Pro/E和ADAMS软件建立机械子系统、液压子系统、伺服控制子系统、节能控制子系统以及土壤挖掘阻力模型,并在ADAMS环境中利用参数关联和模型集成技术,将各个子系统模型集成,构成机电液一体化的挖掘机器人虚拟样机模型.最后通过实验证明了样机模型的精确性.该集成样机模型能够代替实际物理样机对各个子系统的性能进行仿真分析,并从系统的角度对挖掘机器人的性能进行综合评估,提高了产品开发速度和精度,降低了开发成本. 展开更多

关键词 挖掘机器人 虚拟样机 ADAMS PRO/E

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挖掘机器人虚拟样机技术的实现策略 被引量：20

5

作者 冯培恩 潘双夏 丁国富 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期84-87,共4页

分析了虚拟样机技术的特点和优势 ,研究了挖掘机器人虚拟样机技术的实现策略。将挖掘机器人划分为有机关联的单学科系统模型 ,分别由不同学科专家在支撑软件上并行建模 。

关键词 挖掘机 虚拟技术 计算机仿真 挖掘机器人 CAD三维造型

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基于虚拟样机的挖掘机器人轨迹规划控制仿真和优化技术研究 被引量：13

6

作者 潘双夏 刘静 冯培恩 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第21期1926-1930,共5页

阐述了用虚拟样机技术进行挖掘机器人轨迹规划控制的仿真和优化的必要性;提出了轨迹规划控制的实现方案,分析了关键技术及其解决方法,重点研究了用挖掘机器人虚拟样机进行控制系统参数优化和轨迹规划仿真实验的方法,并以动态响应特性的... 阐述了用虚拟样机技术进行挖掘机器人轨迹规划控制的仿真和优化的必要性;提出了轨迹规划控制的实现方案,分析了关键技术及其解决方法,重点研究了用挖掘机器人虚拟样机进行控制系统参数优化和轨迹规划仿真实验的方法,并以动态响应特性的仿真为例,用物理样机的相应实验结果验证了虚拟样机轨迹规划控制仿真实验模型的正确性;借助在虚拟样机上的仿真实验,分析了液压系统流量分配对轨迹规划效果的影响,提出了轨迹规划的改进措施,用以提高轨迹规划的速度和轨迹跟踪的精度。 展开更多

关键词 挖掘机器人 虚拟样机 轨迹规划控制及优化 仿真实验

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挖掘机器人铲斗连杆机构优化研究 被引量：11

7

作者 王北战 何清华 +2 位作者 郝鹏 杨敏 李琳 《机械设计》 CSCD 北大核心 2010年第2期30-32,49,共4页

在计算理论挖掘力与分析铲斗挖掘时的整机挖掘性能时,铲斗机构的总传动力臂成为制约其性能发挥的关键因素,文中利用遗传算法并结合实际作业时铲斗的工作频谱,对铲斗机构的结构尺寸和铰点位置进行优化,建立了优化数学模型;在保证空间有... 在计算理论挖掘力与分析铲斗挖掘时的整机挖掘性能时,铲斗机构的总传动力臂成为制约其性能发挥的关键因素,文中利用遗传算法并结合实际作业时铲斗的工作频谱,对铲斗机构的结构尺寸和铰点位置进行优化,建立了优化数学模型;在保证空间有效作业范围的同时,可以较大程度地增大传动力臂,提高有效挖掘力。并结合某型挖掘机进行改造,验证了优化的有效性,提高了实际挖掘力。 展开更多

关键词 挖掘机器人 传动力臂 遗传算法 工作频谱

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挖掘机器人阀控缸系统RBF神经网络参数辨识 被引量：5

8

作者 王福斌 刘杰 +1 位作者 陈至坤 曾秀丽 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期1475-1478,共4页

为提高液压挖掘机器人工作装置轨迹规划控制精度,减小按照理想模型进行控制的阀控缸系统存在的控制误差,获得更接近实际状况的阀控缸系统控制模型,采用RBF神经网络方法,建立含阀控缸系统待辨识参数及Jacobian信息的线性方程组.以挖掘机... 为提高液压挖掘机器人工作装置轨迹规划控制精度,减小按照理想模型进行控制的阀控缸系统存在的控制误差,获得更接近实际状况的阀控缸系统控制模型,采用RBF神经网络方法,建立含阀控缸系统待辨识参数及Jacobian信息的线性方程组.以挖掘机斗杆油缸为研究对象,经实验获得油缸进回油压力、斗杆倾角参数,辨识出阀控缸模型中阀的增益系数kq、体积模量Eoil和内泄漏系数Cli.最后通过对阀控缸系统进行力控制实验对比研究,验证了采用辨识参数的系统模型控制精度较好,有很强的鲁棒性. 展开更多

关键词 挖掘机器人 阀控缸 RBF神经网络 参数辨识 力控制

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基于OpenCV的挖掘机器人摄像机参数标定 被引量：4

9

作者 王福斌 刘杰 +2 位作者 李迎燕 陈至坤 王静波 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2010年第6期1117-1120,共4页

为了建立挖掘机器人视觉系统摄像机测量模型,提高视觉测量精度,分析了挖掘机器人摄像机视觉系统内、外参数成像模型及摄像机非线性畸变参数,确定了适合挖掘机器人视觉系统的标定参数。通过采集自制的棋盘标定模板不同方向的七幅图像,基... 为了建立挖掘机器人视觉系统摄像机测量模型,提高视觉测量精度,分析了挖掘机器人摄像机视觉系统内、外参数成像模型及摄像机非线性畸变参数,确定了适合挖掘机器人视觉系统的标定参数。通过采集自制的棋盘标定模板不同方向的七幅图像,基于OpenCV技术实现了对模板角点的提取。通过七幅图像进行标定实验,实验结果获得了摄像机模型的线性内部参数矩阵,标定出了摄像机非线性模型的径向畸变系数,摄像机外部旋转矩阵及平移向量,并给出了标定参数误差。研究结论表明采用角点提取方法,标定误差可达亚像素级,能够满足挖掘机器人视觉系统的标定及视觉测量精度要求。 展开更多

关键词 挖掘机器人 角点检测 摄像机标定 OPENCV

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挖掘机器人柔性液压系统的方案设计 被引量：6

10

作者 高峰 冯培恩 高宇 《工程设计学报》 CSCD 2001年第3期105-108,共4页

运用设计方法学的原理 ,对各种挖掘机液压控制系统在原理和结构上的异同进行了系统比较和分析 ,自行设计了一种新型的旁路回油阀 ,研制了独特的挖掘机器人液压系统 .该系统能“柔性”地运用定量控制、恒功率变量控制、负流量控制、正流... 运用设计方法学的原理 ,对各种挖掘机液压控制系统在原理和结构上的异同进行了系统比较和分析 ,自行设计了一种新型的旁路回油阀 ,研制了独特的挖掘机器人液压系统 .该系统能“柔性”地运用定量控制、恒功率变量控制、负流量控制、正流量控制、负荷传感控制及其复合控制等各种原理 ,结构简单可靠 ,调整方便 .借助于这一独特的柔性液压控制系统 ,开发了多种新型的挖掘机节能和智能控制方案 . 展开更多

关键词 挖掘机器人 柔性液压系统 柔性控制 方案设计 液压挖掘机 功能 节能 智能控制

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基于多传感信息的挖掘机器人导航及避障技术 被引量：4

11

作者 王福斌 刘杰 +1 位作者 焦春旺 陈至坤 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2011年第3期430-433,共4页

为实现挖掘机器人在挖掘作业前,无碰撞安全行走到作业场所,采用视觉、红外及超声波传感器,采集挖掘机器人外界环境信息,通过红外及超声波传感器实现墙壁跟踪导航;依靠视觉传感器,实现巡线、道路识别、导引车辆跟踪导航;依靠光流法提取... 为实现挖掘机器人在挖掘作业前,无碰撞安全行走到作业场所,采用视觉、红外及超声波传感器,采集挖掘机器人外界环境信息,通过红外及超声波传感器实现墙壁跟踪导航;依靠视觉传感器,实现巡线、道路识别、导引车辆跟踪导航;依靠光流法提取障碍物特征信息,实现路面障碍物的识别、避障。研究结果表明:综合使用多传感器信息,可以实现挖掘机器人的导航及避障目标。 展开更多

关键词 挖掘机器人 多传感器 巡线 避障 光流

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基于虚拟样机的挖掘机器人液压缸内摩擦力确定方法研究 被引量：7

12

作者 刘静 甘屹 潘双夏 《机械设计》 CSCD 北大核心 2008年第8期30-32,共3页

在对挖掘机器人液压缸摩擦力进行分析的基础上,提出利用挖掘机器人虚拟样机计算液压缸摩擦力的方法。根据实验数据和虚拟样机的静力学和逆动力学计算,得到挖掘机器人3组油缸在不同运动状态下的摩擦力曲线,确定摩擦因数,近似得到一个经... 在对挖掘机器人液压缸摩擦力进行分析的基础上,提出利用挖掘机器人虚拟样机计算液压缸摩擦力的方法。根据实验数据和虚拟样机的静力学和逆动力学计算,得到挖掘机器人3组油缸在不同运动状态下的摩擦力曲线,确定摩擦因数,近似得到一个经典的摩擦力模型,为进一步精确控制补偿研究提供了参考依据。 展开更多

关键词 挖掘机器人 液压缸摩擦力 虚拟样机 静力学 逆动力学

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基于ANFIS的挖掘机器人挖掘轨迹仿真 被引量：3

13

作者 王福斌 刘杰 +1 位作者 焦春旺 陈至坤 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期554-558,共5页

为提高液压挖掘机器人工作装置挖掘作业轨迹规划控制精度,将挖掘机器人工作装置简化为斗杆、铲斗两关节二维机械臂进行分析.在建立逆运动学模型时,要将铲斗末端位姿空间与工作装置关节空间和油缸空间联系起来进行轨迹规划,以便在各个空... 为提高液压挖掘机器人工作装置挖掘作业轨迹规划控制精度,将挖掘机器人工作装置简化为斗杆、铲斗两关节二维机械臂进行分析.在建立逆运动学模型时,要将铲斗末端位姿空间与工作装置关节空间和油缸空间联系起来进行轨迹规划,以便在各个空间实现对挖掘机器人的控制.为提高跟踪期望轨迹精度,采用两个自适应神经模糊推理系统(ANFIS)分别学习两个关节的(x,y)坐标与关节角间的逆映射关系,建立了ANFIS逆映射模型.选取逆映射间的输入、输出曲面数据训练ANFIS结构,得到模糊模型的输入、输出映射曲面,实现给定的期望挖掘轨迹,获得相应的关节角.最后将得到的模糊模型用于跟踪期望的运动轨迹,仿真表明跟踪精度能够满足实际要求. 展开更多

关键词 挖掘机器人 工作装置模型 神经模糊推理系统 轨迹 仿真

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挖掘机器人液压传动的伺服控制策略 被引量：4

14

作者 高峰 冯培恩 +2 位作者 高宇 周波 张强 《液压与气动》 北大核心 2002年第1期13-14,共2页

分析了液压挖掘机器人伺服控制的特点 ,提出了一种按时间基准对其轨迹进行规划的策略 ,不必检测机器人关节角速度就能实现平稳、高精度的轨迹跟踪控制。在自行研制的挖掘机器人上进行的实际试验结果表明 ,这一伺服控制策略取得了预期的... 分析了液压挖掘机器人伺服控制的特点 ,提出了一种按时间基准对其轨迹进行规划的策略 ,不必检测机器人关节角速度就能实现平稳、高精度的轨迹跟踪控制。在自行研制的挖掘机器人上进行的实际试验结果表明 ,这一伺服控制策略取得了预期的效果 。 展开更多

关键词 挖掘机器人 轨迹控制 伺服控制 液压传动

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基于激光雷达的挖掘机器人回转避障研究 被引量：8

15

作者 朱建新 罗刚 +3 位作者 汪志杰 吴钪 赵喻明 边国敏 《传感器与微系统》 CSCD 2017年第9期41-44,共4页

针对挖掘机器人在回转过程中易发生事故的现象,提出了工作装置回转避障方法。通过分析挖掘机器人工作装置的运动特性,结合运动学建立了挖掘机器人的运动学模型。利用安装在挖掘机器人两侧的激光雷达对作业环境进行识别,根据识别的障碍... 针对挖掘机器人在回转过程中易发生事故的现象,提出了工作装置回转避障方法。通过分析挖掘机器人工作装置的运动特性,结合运动学建立了挖掘机器人的运动学模型。利用安装在挖掘机器人两侧的激光雷达对作业环境进行识别,根据识别的障碍物求解可行域,并通过避障算法控制挖掘机器人避开障碍物。实验结果表明:挖掘机器人能安全避开障碍物,证明了方法的可行性。 展开更多

关键词 挖掘机器人 运动学模型 激光雷达 避障算法

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挖掘机器人工作轨迹跟踪智能控制 被引量：11

16

作者 周波 周辉 《武汉科技大学学报》 CAS 2002年第4期402-405,408,共5页

针对挖掘机器人工作装置及其液压驱动系统模型非线性强的特点,研制出一个基于知识的、多模式综合的轨迹跟踪控制系统。该系统具有"砰 砰控制"、维持控制、非线性死区补偿控制和模糊PID参数自适应控制等模式。根据工作轨迹跟... 针对挖掘机器人工作装置及其液压驱动系统模型非线性强的特点,研制出一个基于知识的、多模式综合的轨迹跟踪控制系统。该系统具有"砰 砰控制"、维持控制、非线性死区补偿控制和模糊PID参数自适应控制等模式。根据工作轨迹跟踪误差和误差变化率的反馈,系统会基于知识,智能地选用或换用合适的控制模式,实现平稳和高精度的轨迹跟踪控制。为了提高液压执行器的性能,采用负荷传感负流量控制策略提高先导电液比例阀的操作性能,并结合液压泵的交叉功率传感控制减少液压能耗。 展开更多

关键词 工作轨迹 挖掘机器人 非线性系统 智能控制 模式识别 轨迹跟踪控制

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挖掘机器人作业过程中局部自主避障控制 被引量：3

17

作者 杨毅 冯培恩 高宇 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 1999年第5期655-661,共7页

研究了挖掘机器人如何探测和处置力与几何障碍，阐述了挖掘机器人的避障方法．在事先规划机器人挖掘和运土路径时，不考虑意外出现的障碍物；而在挖掘过程中，模糊局部自主控制器将油缸压力、压力变化和位移信息作为模糊控制规则的输入... 研究了挖掘机器人如何探测和处置力与几何障碍，阐述了挖掘机器人的避障方法．在事先规划机器人挖掘和运土路径时，不考虑意外出现的障碍物；而在挖掘过程中，模糊局部自主控制器将油缸压力、压力变化和位移信息作为模糊控制规则的输入量，产生处理力障碍的控制信号．在运土过程中，通过构造几何障碍物前的“虚拟阻力区”和采用阻抗控制，实现障碍的自主回避．实验表明所提出的方法是可行的． 展开更多

关键词 挖掘机器人 虚拟阻力 作业过程 避障控制

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采用APSO-LM-BP神经网络的挖掘机器人运动学逆解研究 被引量：8

18

作者 蔡改贫 刘鑫 +1 位作者 罗小燕 罗茜茜 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2020年第5期706-713,共8页

针对挖掘机器人执行机构的运动学逆解求解难、速度慢的问题,提出一种基于APSO-LM-BP神经网络的逆运动学求解方法。利用自适应粒子群(APSO)算法对BP神经网络中的连接权值以及阈值进行优化,再把BP神经网络训练过程中的梯度下降法用LM算法... 针对挖掘机器人执行机构的运动学逆解求解难、速度慢的问题,提出一种基于APSO-LM-BP神经网络的逆运动学求解方法。利用自适应粒子群(APSO)算法对BP神经网络中的连接权值以及阈值进行优化,再把BP神经网络训练过程中的梯度下降法用LM算法代替,以克服传统BP神经网络的输出误差大,陷入局部极优解的缺陷。仿真结果表明,与传统BP神经网络相比,APSO-LM-BP神经网络输出误差大大降低,训练时间更短,改善了算法的收敛精度和收敛速度,且满足挖掘机器人运动学逆解要求。该方法可以推广至任意自由度串联机器人的逆运动学求解,具有较强的实用性。 展开更多

关键词 运动学逆解 挖掘机器人 APSO-LM-BP神经网络 收敛

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挖掘机器人柴油机油门控制系统 被引量：3

19

作者 高宇 冯培恩 高峰 《内燃机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期33-35,共3页

自行设计和研制了一种挖掘机器人柴油机油门电子控制系统 ,能实现柴油机三种工作模式选择和自动怠速功能。并在系统软件设计和硬件设计两方面采取措施 ,提高系统的可靠性。使用结果表明 。

关键词 挖掘机器人 柴油机 控制器

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挖掘机器人控制系统CAN总线接口 被引量：3

20

作者 周波 胡骁 周辉 《武汉科技大学学报》 CAS 2002年第3期288-292,共5页

根据挖掘机器人控制系统的设计特点 ,采用基于CAN总线通信的多控制主体结构方案 。

关键词 控制系统 CAN总线 挖掘机器人 多主体控制系统 多智能主体结构 接口设计

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