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公开(公告)号：CN110376890B
公开(公告)日：2022-09-30
申请号：CN201910638728.X
申请日：2019-07-16
Applicant: 南开大学
IPC: G05B13/04
Abstract: 一种基于能量分析的二级摆飞行吊运系统控制方法。针对三维空间的二级摆多旋翼飞行器吊运系统，建立了系统的动力学模型，并在此基础上提出了一种非线性反馈控制方法，实现了多旋翼无人机的同时定位和摆动抑制。具体地，通过分析吊运系统的能量方程，设计了非线性反馈控制器，并加入耦合项以提高瞬态控制性能。随后，通过基于李雅普诺夫的严格稳定性分析验证了系统的平衡点是渐近稳定的。此外，在硬件实验平台上继续对所提算法进行验证，包括其对各种不确定性和干扰的鲁棒性。实验结果表明，本发明能够较好的完成控制目标，在暂态性能和鲁棒性方面表现出了更好地控制效果。
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公开(公告)号：CN113296514B
公开(公告)日：2022-09-27
申请号：CN202110566018.8
申请日：2021-05-24
Applicant: 南开大学
IPC: G05D1/02
Abstract: 本发明公开了一种基于稀疏带状结构的机器人局部路径优化方法及系统，所述方法包括：获取室内环境数据，并构建占据栅格地图；将占据栅格地图转换为欧式距离栅格地图，根据欧氏距离地图插值根据欧氏距离地图插值得到机器人与最近障碍物的距离函数，结合给定机器人到障碍物的安全距离，得到避障约束条件；在以机器人当前位置为中心的局部区域内，以局部路径的平滑性和避障为约束条件，求解局部最优路径。本发明通过将占据栅格地图转换为欧式距离栅格地图，根据欧氏距离栅格地图插值得到机器人到最近障碍物的连续可微的距离函数，克服了占据栅格地图离散化问题，并天然地计算得到梯度信息从而构建避障约束条件，有利于局部路径优化准确性的提高。
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公开(公告)号：CN113021356B
公开(公告)日：2022-05-03
申请号：CN202110355446.6
申请日：2021-04-01
Applicant: 南开大学
IPC: B25J9/16
Abstract: 本公开提供了一种机器人轨迹规划方法及系统，包括：获取给定路径，引入路径参数，并将给定路径的笛卡尔坐标进行参数化表示；将路径的参数化笛卡尔坐标映射为机器人的关节位置、速度和加速度；选取一种三段式路径加速度轨迹或其改进型路径加速度轨迹，获得路径参数及其导数的表达式；利用参数化的关节变量、速度和加速度将机器人运动学与动力学方程参数化，并获得性能指标函数；根据性能指标函数，利用优化算法求解路径加速度轨迹的最优参数，获取最优参数下沿给定路径的机器人轨迹；使沿指定路径的最优轨迹规划问题的维度得以减少，降低了计算复杂度，并且规划出的轨迹包含大范围匀速段，更适合被应用于金属锭毛刺修整作业中。
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公开(公告)号：CN113110051B
公开(公告)日：2022-03-04
申请号：CN202110401790.4
申请日：2021-04-14
Applicant: 南开大学
IPC: G05B13/04
Abstract: 本公开提出了考虑误差约束的打磨机器人力/位混合控制方法及系统，包括：建立打磨机器人末端执行器与环境间的接触力的模型；基于上述模型获得环境与机器人末端执行器之间的实际接触力，根据实际接触力与目标接触力之间的误差，调整力控方向上的目标位置，使实际接触力能够跟踪目标接触力；通过工业机器人内部封装的高精度伺服驱动器实现位置控制。本发明考虑到实际打磨系统中，环境刚度的准确值难以获得，存在一定的不确定性，以及存在未知扰动等未建模动态，提出了机器人末端执行器与环境接触时的接触力模型，从而使接触力的描述更接近实际情况。本发明所提力/位混合控制方法可以实现准确的轨迹跟踪和力跟踪，并保证力跟踪误差始终在设定界限内。
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公开(公告)号：CN113942934A
公开(公告)日：2022-01-18
申请号：CN202111311080.9
申请日：2021-11-08
Applicant: 南开大学
Abstract: 一种基于速度控制的集装箱桥式起重机精准定位及防摇控制方法。针对集装箱桥式起重机运送过程的定位和防摇任务，本发明提出一种基于速度控制的集装箱桥式起重机精准定位及防摇控制方法。首先生成速度参考轨迹，以确保小车/吊绳准确地到达设定位置。在此基础上，引入适当的反馈项，对轨迹进行在线优化，使集装箱在不利条件下也能充分抑制摇摆。设计的轨迹不含负载质量，不需大量的计算资源，只需少量传感器进行反馈，便于实际应用。本方法不仅得到了基于李雅普诺夫方法的严格稳定性分析的保证，而且其有效性在实际集装箱桥式起重机系统上也得到了充分证明。
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Patent Agency Ranking
公开(公告)号：CN113917191A
公开(公告)日：2022-01-11
申请号：CN202111148015.9
申请日：2021-09-29
Applicant: 南开大学
Abstract: 一种基于改进稀疏样本一致性的原子力显微镜图像自适应校正方法。本发明设计了一种自适应的图像校正算法，该算法包括数据预处理和直线拟合两个步骤，能够自动生成最优拟合结果来匹配原子力显微镜扫描每条轮廓线的基准线，在此基础上，通过从畸变图像中减去拟合直线来校正图像的畸变；针对垂直漂移和虚假斜坡严重影响原子力显微镜成像质量的问题，利用本发明所设计的图像校正算法，能够准确模拟样本形貌图像截面剖面中的垂直漂移和虚假斜坡，从而实现对图像畸变的有效校正。实验结果表明，本发明所设计的图像校正算法精度高、鲁棒性强，利用该算法能够有效消除垂直漂移和虚假斜坡导致的图像畸变，从而提升原子力显微镜的成像质量。
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公开(公告)号：CN108345217B
公开(公告)日：2021-09-10
申请号：CN201810146833.7
申请日：2018-02-12
Applicant: 南开大学
IPC: G05B13/04
Abstract: 本发明公开了一种变绳长起重机系统时间最优轨迹规划方法、装置及系统，该方法包括：设定系统状态的约束条件，台车位移、速度和加速度的约束条件，吊绳长度、速度和加速度的约束条件，负载摆角、角速度与角加速度的约束条件，以及台车、吊绳和负载的初始状态与终止状态的约束条件；根据变绳长起重机系统的动力学模型和上述设定的约束条件构造时间最优的带约束优化问题，并求解得到变绳长起重机系统时间最优的运动轨迹；使用跟踪控制律计算轨迹相应的实时控制信号，驱动控制台车和吊绳运动，进行变绳长起重机系统的时间最优控制。本发明有效解决了变绳长起重机运输过程中的效率问题与安全问题。
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公开(公告)号：CN113305879A
公开(公告)日：2021-08-27
申请号：CN202110384674.6
申请日：2021-04-09
Applicant: 南开大学
Abstract: 本公开提供了一种基于关节角度和肌肉长度测量的机器人控制系统及方法，包括测量模块和控制模块；测量模块用于获取机器人关节的角度数据和气动肌肉的气压数据，将角度数据和气压数据输入最终动力学模型获取气动肌肉长度变化信息，所述最终动力学模型建立过程包括，基于几何结构建立角度转化长度模型，获得气动肌肉长度和气压的对应关系并结合上述角度转化长度模型，化简得到最终动力学模型；控制模块利用气动肌肉长度变化信息作为状态变量的反馈值，调节机器人的控制气压值和电压值；能够获取高精度的气动肌肉长度的变化数据。
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公开(公告)号：CN108319281B
公开(公告)日：2021-02-02
申请号：CN201810013743.0
申请日：2018-01-08
Applicant: 南开大学
Abstract: 一种基于时间最优的旋翼飞行器吊运系统运动规划方法，能够得到时间最优的飞行器定位与负载消摆轨迹，属于非线性欠驱动机电系统自动控制领域。首先建立完整的系统动力学模型，随后将系统表达为以加加速度为输入的非线性仿射形式。在离散化和近似化处理之后，可以将原本的时间最优运动规划问题转化为标准的非线性规划问题，这一过程中考虑负载摆动、飞行器速度、加速度、加加速度等各种约束。最后，利用序列二次规划方法即可对该问题进行求解。本发明在处理中无需线性化操作，保留了系统原本的属性，且可以加入对系统状态轨迹和输入量的约束；此外，该方法将飞行器加速度设为输入，从而得到加速度连续的轨迹，以免电机振动而影响其使用寿命。
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公开(公告)号：CN107943034B
公开(公告)日：2020-08-04
申请号：CN201711177997.8
申请日：2017-11-23
Applicant: 南开大学
IPC: G05D1/02
Abstract: 一种移动机器人沿给定路径的完备且最短时间轨迹规划方法，包括：1.将多维轨迹规划问题转换为路径位置和路径速度的两维问题；1.1以路径位置s，路径速度和路径加速度表示机器人系统；1.2机器人系统的运动学和动力学约束转为路径速度和路径加速度约束；1.3计算最大和最小路径加速度以及最大速度限制曲线MVC*(s)；2.以最大路径加速度正向积分加速曲线；3.从加速曲线与MVC*(s)相交点开始，沿MVC*(s)寻找路径加速度切换区域；4.以最小路径加速度反向积分减速曲线；5.当遍历到路径终点时，结束；本发明所提的规划方法能够为给定路径实时输出时间最短轨迹，且该规划方法具有完备性。
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