旋翼飞行机器人研究进展 被引量：11

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作者 谭建豪 王耀南 +3 位作者 王媛媛 张艺巍 王楚 陈谢沅澧 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期1278-1286,共9页

旋翼飞行机器人是面向空中自主作业需求,将旋翼飞行器与多自由度机械臂相结合所提出的新型机器人.该机器人作业过程中旋翼飞行器、机械臂与作业目标之间的动态相对运动以及与作业目标接触过程中未建模外力、力矩扰动使自主控制受到极大... 旋翼飞行机器人是面向空中自主作业需求,将旋翼飞行器与多自由度机械臂相结合所提出的新型机器人.该机器人作业过程中旋翼飞行器、机械臂与作业目标之间的动态相对运动以及与作业目标接触过程中未建模外力、力矩扰动使自主控制受到极大挑战.本文将针对旋翼飞行机器人的结构演变及关键技术、作业机构集成技术进行综述.从动力学建模及动力学特性分析、动态运动约束/力约束下的协调规划、非结构环境下的运动和作业控制、面向任务动态操作的环境感知、面向任务的实验系统构建与实验验证五个方面初步构建了旋翼飞行机器人自主作业理论体系. 展开更多

关键词 旋翼飞行机器人 机械臂 动力学建型 协调规划 运动与作业控制 空中自主作业

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旋翼飞行机器人系统建模与主动模型控制理论及实验研究 被引量：8

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作者 宋大雷 齐俊桐 +1 位作者 韩建达 王越超 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期480-495,共16页

为解决旋翼飞行机器人全包线飞行中的参考模型辨识问题和由飞行模态转换、内外部扰动,以及动力学时变所产生的模型失配问题,并消除模型失配对基于参考模型所设计的飞行控制器造成的跟踪性能的影响,本文提出了基于悬停参考模型的系统辨... 为解决旋翼飞行机器人全包线飞行中的参考模型辨识问题和由飞行模态转换、内外部扰动,以及动力学时变所产生的模型失配问题,并消除模型失配对基于参考模型所设计的飞行控制器造成的跟踪性能的影响,本文提出了基于悬停参考模型的系统辨识和主动模型的在线控制策略.通过改进的频域辨识方法和半解耦的简化模型结构,在悬停模态下进行模型拟合和全包线飞行的模型差分析,然后结合自适应集员估计(Adaptive set-membership filter,ASMF)方法提出模型差的在线估计和控制补偿策略来应对统计学未知且有界(Unknown but bounded,UBB)的模型差,以此消除上述模型失配对名义控制器理想条件的破坏所造成的控制性能降低.最后,通过在ServoHeli-40旋翼飞行机器人平台的实际飞行对比实验,验证了所提出方法的有效性和现实可行性. 展开更多

关键词 系统辨识 旋翼飞行机器人 主动模型 自适应集员估计

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旋翼飞行机器人的行人视觉跟踪方法及系统 被引量：9

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作者 王耀南 罗琼华 +2 位作者 毛建旭 陈彦杰 周显恩 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2018年第11期97-107,共11页

针对旋翼飞行机器人抖动造成运动图像模糊、行人跟踪时受部分遮挡等因素的影响,易出现行人目标丢失的问题,提出一种经过图像去模糊的图像帧序列的旋翼飞行机器人视觉跟踪方法。首先,为克服旋翼飞行机器人抖动造成运动图像模糊的问题,利... 针对旋翼飞行机器人抖动造成运动图像模糊、行人跟踪时受部分遮挡等因素的影响,易出现行人目标丢失的问题,提出一种经过图像去模糊的图像帧序列的旋翼飞行机器人视觉跟踪方法。首先,为克服旋翼飞行机器人抖动造成运动图像模糊的问题,利用维纳滤波对运动图像帧序列进行去模糊处理;其次,为克服单一颜色描述子作为行人模型的缺陷,采取合适的权重融合行人的颜色和HOG描述子作为行人模型;考虑到Camshift算法能较好的跟踪无遮挡的行人目标,且实时性好,而粒子滤波(PF)算法对发生部分遮挡的行人目标的跟踪具有较强的鲁棒性,利用前后两帧图像的行人目标模型的相似度来实现Camshift算法和PF算法的切换,以保障算法实时准确的跟踪行人目标。利用维纳滤波对运动图像去模糊后,行人跟踪准确率从93%提升到100%;利用分段行人目标跟踪算法相比于Camshift算法更具鲁棒性,相比于PF算法,实时性提升26.45%,相比于跟踪学习检测(TLD)算法,实时性提升66%。行人发生部分遮挡时,旋翼飞行机器人跟踪行人的精度在50 cm以内,能够稳定跟踪行人目标。 展开更多

关键词 旋翼飞行机器人 CAMSHIFT 粒子滤波 多特征融合 行人跟踪

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旋翼飞行机器人多机视觉跟踪定位系统及方法 被引量：11

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作者 王耀南 罗琼华 +2 位作者 陈彦杰 谭建豪 刘芯 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期1-10,共10页

针对旋翼飞行机器人在多机跟踪定位时受遮挡、光照变化等因素的影响,易出现跟踪目标丢失的问题,提出一种改进的分段多目标跟踪定位方法,首先,为克服单一颜色特征不能准确描述目标的不足,设计了按一定的权值系数融合目标的颜色特征和边... 针对旋翼飞行机器人在多机跟踪定位时受遮挡、光照变化等因素的影响,易出现跟踪目标丢失的问题,提出一种改进的分段多目标跟踪定位方法,首先,为克服单一颜色特征不能准确描述目标的不足,设计了按一定的权值系数融合目标的颜色特征和边缘特征来建立似然函数作为目标模板;考虑到粒子滤波算法能解决目标发生遮挡的跟踪问题,然后,利用目标模板与候选目标模板的相似度来实现连续自适应Mean-Shift算法和粒子滤波算法的切换,保障了算法的鲁棒性及实时性。可应用于旋翼飞行机器人完成自主的直线飞行与绕圆飞行任务。 展开更多

关键词 旋翼飞行机器人 连续自适应Mean-Shift 粒子滤波 多特征融合 视觉定位

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旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制技术综述 被引量：8

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作者 齐俊桐 韩建达 《智能系统学报》 2007年第2期31-39,共9页

对故障诊断和容错技术的发展过程进行了简要概述,以旋翼飞行机器人为研究对象,在分析了旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制特点的基础上,介绍了当前国内外在该领域的研究进展和主要方法.最后,总结了该领域待解决的难点问题,并指出了该研... 对故障诊断和容错技术的发展过程进行了简要概述,以旋翼飞行机器人为研究对象,在分析了旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制特点的基础上,介绍了当前国内外在该领域的研究进展和主要方法.最后,总结了该领域待解决的难点问题,并指出了该研究领域的发展趋势. 展开更多

关键词 旋翼飞行机器人 故障检测 故障诊断 容错控制

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旋翼飞行机器人的动力学建模与容错自适应控制

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作者 侯旭阳 阮晓钢 龚道雄 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期856-863,共8页

针对目前无人飞行器在受限环境执行作业时操控性和安全性不足的问题,设计了一种基于旋翼动力的碟式自主旋翼飞行机器人(rotor aerial robot,RAR),采用内置桨叶和冗余执行机构以增强飞行器的安全性和容错能力,采用内、外双旋翼系统和碟... 针对目前无人飞行器在受限环境执行作业时操控性和安全性不足的问题,设计了一种基于旋翼动力的碟式自主旋翼飞行机器人(rotor aerial robot,RAR),采用内置桨叶和冗余执行机构以增强飞行器的安全性和容错能力,采用内、外双旋翼系统和碟式机体构架以提高空气动力特性和操控性能.运用牛顿-欧拉方法建立了系统的6自由度(six-degrees-of-freedom,6-DOF)动力学模型,根据模型执行环节易受气动干扰或故障等因素影响而出现参数不稳定的问题,设计了容错自适应控制方法,在Matlab/SIMULINK环境下以飞行器的侧向通道控制为例进行了仿真实验,验证了旋翼飞行机器人具有良好的操控性和鲁棒性. 展开更多

关键词 旋翼飞行机器人 受限环境 运动协调机制 6-DOF模型 容错自适应控制

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悬停状态下旋翼飞行机器人自适应鲁棒控制 被引量：7

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作者 丁力 夏天 +3 位作者 康绍鹏 刘凯磊 王尧尧 刘小峰 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2021年第9期73-79,共7页

针对加装二自由度绳驱动机械臂的旋翼飞行机器人在悬停条件下的抗干扰控制,提出了一种自适应终端滑模控制策略。将系统分成四旋翼飞行器和机械臂两个子系统,分别采用拉格朗日法与牛顿⁃欧拉法获得各自的动力学模型。在Lyapunov稳定性框... 针对加装二自由度绳驱动机械臂的旋翼飞行机器人在悬停条件下的抗干扰控制,提出了一种自适应终端滑模控制策略。将系统分成四旋翼飞行器和机械臂两个子系统,分别采用拉格朗日法与牛顿⁃欧拉法获得各自的动力学模型。在Lyapunov稳定性框架下设计了旋翼飞行器人的抗干扰轨迹跟踪控制器,并引入自适应策略来估计扰动上界。通过3个仿真算例验证了所设计控制器的有效性,结果表明,与其他控制器相比,本控制器具有较高的跟踪精度、较强的鲁棒性以及较好的抗干扰能力;机械臂质量的变化主要影响x通道和y通道的控制性能;本控制器基本能满足旋翼飞行机器人悬停作业的工作需求,具有一定的工程参考意义。 展开更多

关键词 旋翼飞行机器人 悬停作业 自适应策略 终端滑模 绳驱动机械臂

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旋翼飞行机器人的结构设计与动力学建模研究 被引量：4

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作者 丁力 吴洪涛 +1 位作者 李兴成 巢渊 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2018年第9期4-7,共4页

为了实现旋翼飞行机器人与外部环境交互作业,设计了一种带有机械臂的新型飞行机器人系统,并应用空间算子代数理论对计及刚柔耦合多体系统的旋翼飞行机器人系统进行了递推动力学建模。首先,考虑到旋翼飞行机器人的运动状态、质量比与工... 为了实现旋翼飞行机器人与外部环境交互作业,设计了一种带有机械臂的新型飞行机器人系统,并应用空间算子代数理论对计及刚柔耦合多体系统的旋翼飞行机器人系统进行了递推动力学建模。首先,考虑到旋翼飞行机器人的运动状态、质量比与工作需求,设计了一款通过六旋翼飞行器加装2自由度机械臂的新型旋翼飞行机器人系统。其次,采用空间算子代数理论实现基于刚柔耦合的旋翼飞行机器人正向与反向递推动力学建模。最后,通过编制动力学仿真程序和飞行实验对文中所提算法的有效性进行了验证。结果表明:基于空间算子代数的刚柔耦合递推动力学建模方法计算效率高,仿真结果与实验数据基本吻合,具有一定的工程实用价值。 展开更多

关键词 旋翼飞行机器人 机械臂 结构设计 动力学建模 空间算子代数

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基于人手遥控学习的旋翼飞行机器人控制研究

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作者 伊嘉瑞 吴成东 赵新刚 《广西师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2010年第3期198-203,共6页

传统旋翼飞行机器人控制方法首先需要建立本体的动力学模型,然后根据该模型进行控制器设计。但由于旋翼飞行机器人系统具有强非线性,很难得到精确模型,因此增加了控制器的设计难度。本文以人的遥控过程为研究对象分析熟练操作手和不熟... 传统旋翼飞行机器人控制方法首先需要建立本体的动力学模型,然后根据该模型进行控制器设计。但由于旋翼飞行机器人系统具有强非线性,很难得到精确模型,因此增加了控制器的设计难度。本文以人的遥控过程为研究对象分析熟练操作手和不熟练操作手两类人进行操作的过程,分别设计了可反映操作手能力水平的熟练控制器和不熟练控制器,通过分析比较建立了具有熟练操作手特点的旋翼飞行机器人单通道PD控制系统。仿真实验表明,该控制器可以使旋翼飞行机器人在悬停、前飞和侧飞3种状态下实现姿态稳定控制。 展开更多

关键词 旋翼飞行机器人 遥控操作 人手遥控学习 PD控制

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任务空间内旋翼飞行机器人目标物作业控制 被引量：2

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作者 周川 丁力 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2019年第9期84-89,共6页

旋翼飞行机器人是在多旋翼飞行器上加装机械臂的新型空中机器人系统。针对其与外界环境的交互作业,提出了一种抗干扰任务空间目标物作业控制策略。首先,在广义坐标系下推导出旋翼飞行机器人的运动学模型与动力学模型,明确了系统的输入... 旋翼飞行机器人是在多旋翼飞行器上加装机械臂的新型空中机器人系统。针对其与外界环境的交互作业,提出了一种抗干扰任务空间目标物作业控制策略。首先,在广义坐标系下推导出旋翼飞行机器人的运动学模型与动力学模型,明确了系统的输入输出关系;其次,将整个系统分为位置、姿态和机械臂3个控制环,并采用线性自抗扰控制算法设计了抗干扰控制器,在控制算法中,将线性扩张观测器和PD控制律分别用来估计与补偿集总干扰;进而,分析了所设计控制算法的稳定性以及对控制器参数进行了整定;最后,搭建了实验系统对目标物抓取作业控制进行了实验验证。实验结果表明,所提控制算法抗干扰能力强、响应速度快,能够有效保持旋翼飞行机器人作业时的位姿稳定。 展开更多

关键词 旋翼飞行机器人 运动学模型 动力学模型 目标物作业控制 线性自抗扰控制算法

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自主无人直升机桨叶挠变挥舞运动动力学建模

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作者 方存光 李红 王伟 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1139-1141,共3页

某30kg级自主无人直升机的跷跷板结构主旋翼是挠性的。针对该直升机,基于达朗伯原理建立绕自由空间点转动的桨叶挠变挥舞运动动力学模型,并借鉴悬臂梁受力挠变处理方法给出了桨叶挠变方程。数值仿真验证了桨叶挠变挥舞运动动力学模型的... 某30kg级自主无人直升机的跷跷板结构主旋翼是挠性的。针对该直升机,基于达朗伯原理建立绕自由空间点转动的桨叶挠变挥舞运动动力学模型,并借鉴悬臂梁受力挠变处理方法给出了桨叶挠变方程。数值仿真验证了桨叶挠变挥舞运动动力学模型的正确性。 展开更多

关键词 旋翼飞行机器人 挠变挥舞运动 动力学建模 达朗伯原理

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