基于超声波电机的交互式特种机器人智能控制的研究

Critical theory of intelligent control for special smart mobile robot based on the interactive information will be proposed to realize accurate position and rapid navigation in this project. In order to reduce blind zone, one system will be designed with more tentacles and mechanical arms driven by micro ultrasonic motor, for ultrasonic motor has the characteristic of no magnetic interference, fast and accurate position and large self-locking torque. In order to improve the real-time sensing, a special robot with two arms driven by multiple degree of freedom ultrasonic motor will be developed. Micro-displacement adjustable for micro ultrasonic motor made for tentacle will be realized to adaptive control for its parameter identification with model. A navigation strategy of special smart mobile robot based on the principle which is similar to the "blind man touch and find the lane" and "insets using tactile to explore objects" will be deduced to enhance the adaptive capability within unknown environment. In order to increase the recognition rate of the measured object, system robustness and fault tolerance under harsh environment, a small sample biomimetic pattern recognition algorithm will be calculated by geometric algebra. All these will improve and promote the theory of the special smart mobile robot with more independent intellectual property rights in China. An experimental platform based on haptic interaction information will be designed and manufactured, a set of software for small sample pattern recognition based on geometric algebra will be programmed,9-12 paper or articles will be published, and 3-5 patents will be applied by the financial fund support of this project.

本项目拟基于接触交互信息对特种移动机器人准确定位和快速导航的智能控制相关理论进行研究。利用超声波电机无磁干扰、快速精确定位、自锁等特点，设计并制作基于微超声波电机驱动的微机器人多触须与多机械臂驱动机构，以减少系统盲区；研究基于多自由度超声波电机驱动的机械臂驱动系统，提高感测的实时性；采用双权值神经网络实现触须驱动用超声波电机的微位移可调，其参数辨识与模型自适应控制；基于"盲人摸巷"及昆虫"用须探物"的行为机理，探索基于接触交互信息的特种机器人的导航策略，增强对未知环境的自适应能力；完善基于几何代数的小样本仿生模式识别理论，提高恶劣环境下被测物的识别率以及系统的鲁棒性与容错性，快速提升我国特种移动机器人产业奠定理论基础。本项目研制具有自主知识产权的特种机器人触觉交互系统实验平台一套；基于几何代数的小样本仿生模式识别软件1套；发表论文9-12 篇，申请专利3-5 项。

中文摘要(对项目的背景、主要研究内容、重要结果、关键数据及其科学意义等做简单概述，800字以内)：.本项目围绕超声波电机驱动的特种机器人的智能控制开展了相关的研究。基于超声波电机的特种机器人伺服驱动系统智能控制，完成了电机的特性分析、自适应微步控制与两电机同步控制平台的研究，以及基于自抗扰控制器的PMLSM直驱系统位置控制。设计了多信息图像增强、分割、配准、识别的新方法，为基于触觉与视觉的智能导航的基础；移动平台的视觉稳定系统、目标跟踪的研究，为视觉跟踪与导航的基础；智能车优化控制方法、基于YH变换与相似度匹配的移动机器人地图构建与定位技术、基于三维力传感器机械臂与“盲人摸巷”原理为机器人避障导航的基础。基于极大似然原理和Levenberg-Marquardt最优化算法的Hammerstien输出误差自回归系统的参数辨识、基于递阶辨识技术的输入非线性Box-Jenkins、基于新型递推辨识方法的块结构非线性系统的参数辨识，为特种机器人及工业数据系统等非线性系统参数辨识提供了理论依据。非均匀采样系统的故障估计、基于四元数不变矩和拓扑模式识别的故障诊断等，为机器人部件及系统故障诊断提供基础。新能源产生、转换、应用，以及节能与自治关键理论的研究，为特种场合使用的机器人的电能供给与利用提供可能。完成了移动焊接机器人、焊后应力消除机器人研制；完成了风机叶轮、高效电机铁芯制造机器人和自动化装备开发改造，创造了较好的经济和社会效益，获得教育部科技成果奖、中国学会奖等3项，授权发明专利13项、授权实用新型专利1项、申请发明专利8项、获软件著作权2项、发表论文25篇、出版教材1部。联合指导1名学生获得工学博士学位，指导7名学生获得工学硕士学位。