基本信息
景奉水  男  博导  中国科学院自动化研究所
电子邮件: fengshui.jing@ia.ac.cn
通信地址: 北京市海淀区中关村东路95号
邮政编码: 100190

研究领域


机器人智能控制与应用工程


1)多机器人协调大型船体分段对接控制系统软件研制


针对多个3自由度移动机器人构成的大型船体分段对接系统,提出了全驱动和欠驱动两种模式下多机器人运动规划和控制方法,证明了对接平台的操作自由度与参加机器人数目的无关性和控制方法的鲁棒性,负责开发了船体对接总控软件。系统完成后,一直在渤海造船厂应用,使得船体分段合拢对接时间从原来的每次平均2周时间缩短到了30分钟。



1 柔性并联结构示意图


在此基础上总结出了一种6自由度柔性并联机构,它具有优异的特性:6自由度操作能力与支链数量n无关(n>=3,且所有支链不能同时共线),工作空间不存在奇异点等。不论前面用于舰船制造的由数个3自由度移动机器人组成的对接系统,还是目前已用于飞机或航天器制造的仅用三个3自由度定位器组成的调姿系统,均可视为这种并联机构的特例。相关成果发表在2002年的《自动化学报》、《机器人》和2006年的《IEEE Transaction on SMC》上。


2FAST馈源支撑整体控制系统研发


     FAST是中国科学家南仁东先生等提出并推动的“500米口径球面射电望远镜”的简称。FAST是世界上在建的最大单口径射电望远镜,被赋予了多个人类梦想,计划于20169月竣工。从控制角度讲,FAST由两大系统构成:主动反射面系统和馈源支撑系统。前者负责将受测天体的射电信号汇聚到一点上;由于地球的自转影响,射电信号的汇聚点(馈源信号)位置是在不断变化的。后者负责精准地将特定信号接收机(FAST上安装了多个不同类型的信号接收机)恰好置于射电信号的汇聚点上,且指向天体和反射面球心。其位置精度决定了望远镜的观测分辨率:目前希望能达到均方根误差10mm,意味着望远镜可以观测频率3GHz以内的信号;将来如果能达到均方根误差4mm,那么观测分辨率就可以从3GHz提升到8GHz


   


2 FAST馈源支撑控制系统示意图


   FAST馈源支撑系统的构成如图2所示:在直径为600米的圆周均布6个支撑塔,采用6根支撑索将馈源舱悬吊于空中,通过驱动设备来改变支撑索的长度,拖动馈源舱在百米尺度大工作空间内运动。馈源舱内安装A-B转台和Stewart平台并联机器人,A-B转台作用是弥补索并联机构指向调整能力的不足,二者共同构成馈源接收机的位姿粗调机构,而Stewart平台并联机构作为馈源接收机位姿的精调机构,其下平台承载望远镜馈源接收机。


   FAST馈源支撑系统是一个具有14个自由度的串并联结构混合和刚柔结构混合的复杂机器人系统,由负责塔、索、舱、控制、测量等多家单位共同完成。为了协调控制各个组成系统,我们提出了基于POWERLINK的总线通信解决方案,实现了通信主站,并为各子系统建立了通信对象字典和时间同步模块:通过以太网通道既实现了测量、控制数据的实时传输,又实现了GPS绝对时钟的同步。同时还实现了天文观测任务运动规划、测量数据处理、协调控制和数据库管理等功能。这些都是我们承担的“馈源支撑整体控制系统”项目的组成部分。


  为进一步提高馈源支撑系统控制精度和振动抑制能力,在国家自然基金的支持下,正对以下问题开展研究:


   a. 具有多源异构及不确定时滞传感信息的离散系统数据融合方法


  针对测量数据带有的多源、不同步、不确定时滞问题,研究具有不稳定时滞的离散系统的时间配准和空间配准方法;研究具有多传感器信号源的离散系统的信号数据融合方法;研究具有多传感器信号源和不稳定时滞的离散系统的最优状态估计方法。


   b. 大尺度大迟延刚柔耦合系统的避振/抑振控制方法


   针对天文观测任务产生的轨迹,分析轨迹频谱特性及其在共振频率附近的频谱能量,研究刚柔耦合的非线性系统轨迹频谱与控制精度相协调的避振方法;研究基于输入整形方法的带迟延补偿的振动抑制方法,降低FAST系统共振情况下的振荡情况,提高馈源控制精度。


3)关节型6自由度机器人焊缝跟踪系统研发


  焊缝跟踪是广泛应用于机器人中厚板焊接的技术。关节型6自由度机器人焊缝跟踪包括两项技术:焊缝感知技术和轨迹纠偏技术。机器人轨迹纠偏是指在机器人工作过程中,根据实际轨迹和示教轨迹的偏差,实时调整机器人的末端位姿。目前能生产关节型6自由度国产工业机器人有数家,但普遍缺乏轨迹纠偏功能;国外工业机器人有这项功能,但是其技术却是保密的(参见:Hongyuan Shen etc., Real-time seam tracking technology of welding robot with visual sensingJournal of Intelligent & Robotic Systems, Vol 59,2010中的p293,倒数第2行“As the rectifying rule of the robot is not open to public,…”)。我们在多年实验的基础上,提出了一种机器人示教再现纠偏算法,开发了机器人控制器和基于视觉的焊缝跟踪系统。并于2010年在国产新松6自由度工业机器人本体进行了成功测试。图3是测试结果。



3 机器人示教再现纠偏算法测试结果。蓝线是焊缝真实轨迹、紫线是焊枪示教轨迹、红线是跟踪轨迹。


 


招生信息

控制理论与控制工程方向:

                    博士研究生:1~2人

                    硕士研究生: 1人

要求:拥有协作和探索精神,身心健康,具有计算机、控制工程、机械、电子等机器人相关专业背景。有良好的数学功底、计算机编程能力、写作能力和研发经历者优先。

招生专业
081101-控制理论与控制工程
招生方向
机器人控制

教育背景

1999-03--2002-06   中科院自动化所   博士
1991-09--1994-07   山东科技大学   硕士
1987-09--1991-07   安徽理工大学   学士
学历
中科院自动化所 --20020701 研究生毕业
学位
-- 博士

专利与奖励

   
专利成果
( 1 ) 开放式机器人控制器平台, 发明, 2002, 专利号: ZL00129523.3
( 2 ) 开放式工业机器人视觉控制平台, 发明, 2006, 专利号: ZL01141591.6
( 3 ) 具有视觉焊缝自动跟踪功能的弧焊机器人控制平台, 发明, 2005, 专利号: ZL02158340.4
( 4 ) 高压输电线路自动巡检机器人单体, 发明, 2008, 专利号: ZL200310118302.0
( 5 ) 一种煤矿井下人员定位与瓦斯浓度动态监测系统, 实用新型, 2008, 专利号: ZL200720103513.0
( 6 ) 一种5自由度立体视觉监控装置, 发明, 2007, 专利号: ZL200410068998.5
( 7 ) 具有绝对码盘读取功能的多轴运动控制卡, 发明, 2012, 第 1 作者, 专利号: ZL201010244933.7
( 8 ) System and method for robot trajectory generation with continuous accelerations, 发明, 2013, 第 1 作者, 专利号: 8600554(US PATENT)
( 9 ) 机器人的视觉实时纠偏系统和纠偏方法, 发明, 2014, 第 1 作者, 专利号: ZL201210027078.3
( 10 ) 机器人手眼系统结构光平面参数标定装置及方法, 发明, 2015, 第 1 作者, 专利号: ZL201210440064.4
( 11 ) 加速度连续的机器人轨迹生成系统和方法, 发明, 2015, 第 1 作者, 专利号: ZL201080003743.4
( 12 ) 一种用于增量式码盘性能的提高系统及其方法, 发明, 2015, 第 1 作者, 专利号: ZL201310176703.5

出版信息

   
发表论文
(1) Research on Trajectory Planning of On-The-Fly Observing for the Active Feed Receiver in FAST, in Proceedings of Chinese Control Conference,Hanzhou China, July 2015, 2015, 通讯作者
(2) The Study on Fine Adjustment of Focus Cabin Suspension of FAST Based on The Quadric Error Model of Receiver, in Proceedings of Chinese Control Conference,Hanzhou China, July 2015, 2015, 通讯作者
(3) High-precision NURBS Interpolation algorithm based on the bisection method, in Proceedings of Chinese Control Conference,Hanzhou China, July 2015, 2015, 通讯作者
(4) Optimal State Estimation for Discrete-time Systems with Delayed Measurements, in Proceedings of Chinese Control Conference, Nanjing China, July 2014, pp. 9022-9026, 2014, 通讯作者
(5) Iterated Extended Kalman Filter for Time-delay Systems with Multi-sample-rate Measurements, in Proceeding of the 11th World Congress on Intelligent Control and Automation, Shenyang China, June 2014, pp. 4523-4527, 2014, 通讯作者
(6)  Experiment Study on the Motion Planning and Control of Focus Cabin of FAST, Proceedings of the 32th Chinese Control Conference, 2013, 通讯作者
(7) Modeling, control and software implemention of atronomical tracking of the focus cabin of FAST, Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics, 2013, 通讯作者
(8)  Line-feature-based calibration method of structured light plane parameters for robot hand-eye system, Optical Engeering, 2013, 通讯作者
(9) Dynamic modeling and vibration mode analysis for an industrial robot with rigid links and flexible joints, The 24th Chinese Control and Decision Conference (2012 CCDC), 2012, 通讯作者
(10) Residual vibration suppression using off-line learning input shaping method for a flexible joint robot., The 10th World Congress on Intelligent Control and Automation, (WCICA 2012), 2012, 通讯作者
(11) Experimental validation of a trajectory planning method with continuous acceleration implemented on a DSP-Based motion controller., The 10th World Congress on Intelligent Control and Automation(WCICA 2012), 2012, 通讯作者
(12) A Robot Trajectory Planning Method with Continuous Accelerations, Proceedings of the IET International Conference on Advanced Technology of Design and Manufacture ( ATDM 2010) , 2010, 第 1 作者
(13) A Design of Multi-axis Motion Controller for Welding Robot Based on DSP, Proceedings of the IET International Conference on Advanced Technology of Design and Manufacture ( ATDM 2010) , 2010, 第 2 作者
(14) Anti-crosswind autolanding of UAVs based on Active Disturbance Rejection Control, AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference (AIAA GNC 2010), 2010, 第 4 作者
(15) Automatic Takeoff of Unmanned Aerial Vehicle based on Active Disturbance Rejection Control, Proceedings of the 2009 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics, 2009, 第 2 作者
(16) Image-based visual servoing for power transmission line inspection robot, International Journal of Modelling, Identification and Control, 2009, 第 4 作者
(17) Nonlinear Robust Control Method for Active Vibration Isolation Using a Stewart Platform, Proceedings of the 2008 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics, Bangkok, 2009, 第 4 作者
(18) Autolanding of Unmanned Aerial Vehicles based on Active Disturbance Rejection Contro, IEEE International Conference on Intelligent Computing and Intelligent Systems (ICIS 2009), 2009, 第 4 作者
(19) Kinematic analysis of a flexible six-dof parallel mechanism, IIEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics—Part B,Vol.36,No.2, 379-389,2006, 2006, 第 1 作者
(20) Unsupervised learning of categories from sets of partially matching image features for power line inspection robot, In Proceedings of the IEEE International Joint Conference on Neutal Networks(IJCNN 2008), Hong Kong, China , 2596-2603, 2002, 第 3 作者
(21) 船体分段位姿找正对接系统 —一个多机器人协调操作系统的实现, 自动化学报, 2002, 第 1 作者
(22) 基于多机器人协调的船体分段对接系统的运动学及对接精度研究, 机器人, 2002, 第 1 作者

科研活动

   
科研项目
( 1 ) 机器人外部轴控制, 主持, 国家级, 2012-01--2015-12
( 2 ) 500米口径天文望远镜馈源支撑整体控制系统项目, 主持, 国家级, 2014-10--2015-12
( 3 ) 基于多元信息融合的FAST馈源实时高精度控制研究, 主持, 国家级, 2016-01--2019-12
( 4 ) 焊接机器人系统的研制, 主持, 院级, 2015-01--2016-12

工作经历

   
工作简历
2002-07~2013-06,中科院自动化所, 助研、副研究员、研究员
1999-03~2002-06,中科院自动化所, 博士
1994-07~1999-02,山东农业大学, 助教、讲师
1991-09~1994-07,山东科技大学, 硕士
1987-09~1991-07,安徽理工大学, 学士
社会兼职
2011-03-01-2014-12-31,全国自动化系统与集成标准化技术委员会机器人与机器人装备分技术委员会委员, 委员