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南开大学““吊运类”欠驱动机器人控制理论与方法”项目荣获2018年度天津市自然科学一等奖
来源: 科技成果与技术市场处          ( 2019-06-20 )
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  该项目是信息科学、先进制造等领域的前沿交叉性研究,旨在从理论上解决“吊运类”欠驱动机器人的控制问题,为其实际应用奠定基础。

  天津市优秀留学人员方勇纯教授2003年从美国康奈尔大学全职到南开大学任教,组建了欠驱动系统课题组,经过十多年努力,取得了如下重大原创性成果:

刘伯温高手中特网  (1) 率先将能量分析思想引入“吊运类”欠驱动机器人的控制问题。通过高效控制可驱动状态与非驱动状态之间的能量转换,以及系统能量的快速衰减,很好地提升了非驱动状态的暂态性能,实现了系统性能的整体优化。在这种框架下,先后提出了多种控制方法,很好地解决了实际工况下,“吊运类”欠驱动机器人的控制难题。

  (2) 引入机器人轨迹规划思想,创新性地将欠驱动系统的镇定控制分解为可驱动状态的运动规划和跟踪控制器设计两个子问题,很好地解决了欠驱动系统以“少”控“多”的难题,降低了设计与分析的理论难度,并进而在欠驱动系统轨迹规划与跟踪控制方面取得了一系列研究成果。

刘伯温高手中特网  (3) 提出了动态目标快速提取与状态估计、碰撞预测、紧急制动等系列化方法,提升了“吊运类”欠驱动机器人的安全性能。首先,提出了基于栈式多层自组织图的方法,可快速准确检测出动态目标并进行碰撞预测;进一步,提出了基于切换逻辑的紧急制动方法,可确保系统的安全性。

  (4) 将提出的轨迹规划与控制方法成功应用于桥式吊车,研制出工业级自动吊车系统,使系统的运送效率提升77%以上,事故率降低50%。进一步,将“吊运类”欠驱动机器人的研究成果进行扩展,成功解决了其它欠驱动机电系统的自动控制问题。

  共发表论文71篇,SCI检索19篇,EI检索68篇;其中36篇期刊共被引用1223次。成果入选国家基金优秀成果选编(信息领域5年共入选25项)。获吴文俊人工智能自然科学一等奖、陈翰馥奖、中国自动化学会青年科学家奖、天津市专利金奖、教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年基金、中国自动化学会优秀博士学位论文奖等奖励。第一完成人应邀多次做国际学术会议大会报告及各类邀请报告。

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