项目名称: 线驱软体机器人视觉伺服的研究

项目编号: No.61473191

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 自动化技术、计算机技术

项目作者: 王贺升

作者单位: 上海交通大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 由于线驱软体机器人的良好弯曲特性及对复杂空间环境和障碍物很好的适应性,使得其非常适合在非结构化复杂环境中工作。然而软体机器人的复杂特性使得传统的基于关节位置反馈控制存在很大误差,限制了其应用。本项目拟通过视觉反馈实现线驱软体机器人的精确控制。为了实现这一目标,项目将开展软体机器人建模、控制器设计等方面的研究,实现一套快速可靠的视觉伺服算法。针对软体机器人高冗余度特性,结合控制任务与目标研究其优化控制方法。针对软体机器人应用场景,研究其在复杂受限环境下的视觉控制问题。项目拟在完全考虑软体机器人的非线性动力学特性和软体材料的弹性等特性的基础上,通过非线性理论分析控制方法的稳定性和鲁棒性,最后通过真实软体机器人实验验证其实用性及有效性。项目的顺利完成将推动软体机器人视觉伺服的技术发展,推广软体机器人在诸如医疗手术等需要高精度控制的领域中应用,对提高软体机器人的智能性具有科学意义。

中文关键词: 视觉伺服;软体机器人;自适应控制

英文摘要: The cable driven soft robots own good bending properties and good adaptability for complex environment and obstacles , which make it ideally suit for working in an unstructured complex environment. However, there exists some errors when traditional joint position feedback control is applied. This is mainly due to the complex nature of soft robots and also limit its application.The project is aim to control the cable driven soft robot precisely through vision feedback. To achieve this goal, the project will conduct research on soft robot modeling, controller design and other aspects and finally develop a fast and reliable visual servoing algorithm. To cope with the high redundancy features of soft robot, we will design the optimal control method by combining control tasks and objectives. To deal with the working environments for soft robots, this project will also study visual servoing in complex constrained environments. By fully considering the nonlinear dynamics of the soft robot and flexible properties of the soft material, this project will conduct stability and robustness analysis through nonlinear control theory. Finally the effectiveness and performance of the proposed methods will be verified through real experiments. The successful completion of the project will promote the development of visual servoing technology for soft robot and spread the application for soft robot in the field where high-precision control is necessary, such as medical surgery and so on. This work also has scientific significance to improve the intelligence of soft robots.

英文关键词: visual servoing;soft robot;adaptive control

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软体机器人是一种新型柔软机器人,能够适应各种非结构化环境,与人类的交互也更安全。机器人本体利用柔软材料制作,一般认为是杨氏模量低于人类肌肉的材料;区别于传统机器人电机驱动,软体机器人的驱动方式主要取决于所使用的智能材料;一般有介电弹性体(DE)、离子聚合物金属复合材料(IPMC)、形状记忆合金(SMA)、形状记忆聚合物(SMP)等等,从响应的物理量暂时分为如下几类:电场、压力、磁场、化学反应、光、温度。科学家依此设计了各种各样的软体机器人,大多数软体机器人的设计是模仿自然界各种生物,如蚯蚓、章鱼、水母等。
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