吴文俊人工智能科学技术奖
INNOVATION TEAM
创新团队
首页 > 创新团队 > 正文

一类欠驱动机器人系统的轨迹规划与跟踪控制

2018年03月15日    来源:中国人工智能学会     
1717
[导读] 方勇纯,南开大学计算机与控制工程学院教授、副院长,国家杰出青年科学基金获得者。现为中国自动化学会理事、中国图象图形学学会常务理事、天津市图像图形学学会副理事长、中国自动化学会控制理论专业委员会委员、中国自动化学会青年工作委员会副主任委员等。

  专家简介

  方勇纯,南开大学计算机与控制工程学院教授、副院长,国家杰出青年科学基金获得者。现为中国自动化学会理事、中国图象图形学学会常务理事、天津市图像图形学学会副理事长、中国自动化学会控制理论专业委员会委员、中国自动化学会青年工作委员会副主任委员等。

  曾荣获中国自动化学会青年科学家奖、天津市中青年科技创新领军人才、天津市自然科学二等奖、天津青年五四奖章、天津青年科技奖、教育部新世纪优秀人才、中国自动化学会高等教育教学成果一等奖、天津市“131”创新型人才培养工程第一层次、宝钢优秀教师奖、WCICA2016T-JTarn最佳应用论文奖、《控制理论与应用》优秀论文奖等奖励。2017年,获得“中国智能科学技术最高奖”——第七届吴文俊人工智能自然科学奖一等奖。

  项目简介

  本项目属于信息科学、先进制造等领域的一项前沿交叉性研究,旨在从理论上解决桥式吊车等欠驱动机器人的控制问题,为其在先进制造业、建筑业、物流业等领域的应用奠定理论基础。

  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,经过十余年努力,课题组取得了一系列重大的原创性研究成果,主要包括:

  (1) 率先将能量分析的思想引入到桥式吊车的控制问题,通过高效控制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。先后提出了自适应控制策略、基于末端轨迹的控制策略、考虑饱和约束的输出反馈控制策略等方法,很好地解决了参数未知、速度不可测、控制量受限等情况下桥式吊车的控制难题。

  (2) 引入机器人轨迹规划方法,创新性地将欠驱动系统的镇定控制问题分解为驱动状态的运动规划和跟踪控制器设计两个子问题,在很大程度上降低了设计与分析的理论难度。在欠驱动吊车轨迹规划与跟踪控制方面取得了一系列研究成果,首次提出了基于耦合分析的轨迹规划、最短时间轨迹规划等方法,设计了适用于绳长时变、复杂工作环境等情况的多种高性能跟踪控制方法。

  (3) 将欠驱动桥式吊车轨迹规划与跟踪控制方面的研究成果进行扩展,成功解决了地面移动机器人、小型无人机等欠驱动机器人系统的自动控制问题,并通过理论分析和实验结果验证了这些方法的优良性能。

  (4) 将所设计的轨迹规划与跟踪控制方法成功应用于自行开发的32吨级工业桥式吊车,大幅提高了系统的运送效率与安全性。目前该项目的部分技术已经在天津起重设备有限公司生产的吊车上得到了成功应用,正在积极推进深层次产业化。

  本项目研究成果已入选国家自然科学基金优秀成果选编(六)(每5年评选一次)。获国家杰出青年科学基金、天津青年科技奖、中国自动化学会青年科学家奖、天津市中青年科技创新领军人才、中国自动化学会优秀博士学位论文奖(全国仅10人)、《控制理论与应用》优秀论文奖、WCICA2016最佳应用论文奖(1/810)、首届全国高校自动化专业青年教师实验设备设计“创客大赛”银奖、中国自动化学会青年学术年会最佳论文(应用)奖(1/89)、关肇直奖提名奖、天津市优秀博士论文、宝钢优秀教师奖等奖励。研究团队入选天津市重点领域创新团队、第一完成人多次应邀做大会报告、国际性大会会前专题讲座及各类邀请报告。

  专家简介

  本项目依托实验室为南开大学欠驱动系统实验室,主要成员为方勇纯教授、孙宁副教授、张雪波副教授,该实验室隶属于南开大学机器人与信息自动化研究所(目前为天津市智能机器人技术重点实验室)。在方勇纯教授的带领下,依托于本实验室建立的团队于2015、2016年分别入选天津市重点领域创新团队、天津市“131”创新型人才团队。

  经过十多年的工作积累与努力创新,本实验室在各类起重机及欠驱动机器人研究方面取得了很好的研究成果。发表高水平期刊论文数十篇,包括在Automatica及IEEE汇刊论文20多篇,授权发明专利20多项。此外,实验室成员非常注重理论与实际并举,目前已研制出32吨级安全高效自动操作桥式吊车系统,工业现场测试结果表明:与传统操作方式相比较,它可使运送效率提高20%左右,而事故率降低50%以上,同时使操作人员的工作效率提高2至3倍,有望在很大程度上缓解我国吊车操作人员严重不足的问题。与国际著名的起重机控制研究团队相比,无论是在高水平论文发表方面,还是在成果转换等方面,本研究团队均具有明显优势。

  在方勇纯教授的带领下,南开大学欠驱动系统实验室的研究团队逐步形成了团结进取、踏实工作的精神,这种团队协作式的工作模式凝聚了集体的智慧,支撑着一批重大的研究项目,这种优良的传统在广大学生和国内同行中赢得了良好的口碑。

分享到:
[责任编辑:yxl]
转载申明:吴文俊人工智能科学技术奖官网独家专稿,转载请注明出处,违者必究!
您是第 958251 位访问者
版权所有 © 中国人工智能学会
ICP备案号:京ICP备13016090号-5
技术支持:智能君博科技