复杂可变形线性物体的机器人可靠动态操作研究

复杂可变形线性物体（Deformable Linear Objects, 简称DLO）的机器人动态操作，是下一代工业机器人需要解决的关键课题之一，同时也是正在迅猛发展的生物细胞和DNA 操作、医疗手术等特种机器人所要研究的核心内容之一。由于DLO 对象的复杂性和高度柔性，传统机器人操作及装配相关的理论与技术具有相当大的局限性。针对现有方法的不足以及发展DLO 对象的可靠机器人操作技术的紧迫性，从研究的角度本课题意图解决以下几个关键性的问题：1）复杂DLO 对象的建模理论和仿真工具；2）机器人动态操作复杂DLO对象时的故障诊断技术；3）机器人动态操作复杂DLO对象时的抑振控制。本项目对于加快新一代机器人操作技术的发展，推进我国特种机器人理论与实践的研究工作以及促进原始创新具有重要意义。

针对复杂可变形线性物体（Deformable Linear Objects, 简称DLO）的机器人操作过程中的欠驱动性、强非线性、难以测量的大形变以及末端抖振抑制困难等特点，基于建立的合理动力学模型与高速视觉反馈，以自适应滑模控制和模糊控制为主要方法，研究DLO对象在被机器人快速操作过程中的末端抑振控制问题。由于基于微分几何理论的DLO对象的动力学模型计算过于复杂，无法满足实时性要求，采用有限元方法和拉格朗日动力学模型相结合的方法，考虑大柔性弹性形变影响，建立了DLO的动力学模型。针对该模型在控制时的不确定和欠驱动特性，提出了扩展的滑模控制方法，实现了柔性DLO对象在动态操作过程中的末端抑振。针对滑模控制过程中控制器输出量过大的问题，提出自适应滑模控制方法，实现了输出饱和约束下的DLO鲁棒抑振控制。采用高速视觉系统获取DLO对象运动过程中的状态，提出一种在不依赖DLO自身特性（材料，长度，柔韧度等）和周围环境的DLO末端抑振的模糊智能控制方法。采用仿真或实验的方法验证了所提出的方法的有效性。本项目对于加快新一代机器人操作技术和相关自动化水平的发展，推进我国特种机器人理论与实践的研究工作以及促进原始创新具有重要的学术意义和实用价值。