南开大学科研团队在“桥式吊车”研究领域取得重大突破

央广网天津10月20日消息（记者陈庆滨 通讯员乔仁铭）“”是一种十分常见的装配运输工具，作为一类典型的欠驱动机器人系统，在港口、仓库、建筑工地等场所得到了广泛应用。“桥式吊车”一般是通过有经验的工人来操纵吊车，由于缺乏高性能吊车自动控制方法，常规人工操作方式体现出许多不足之处，最突出的就是安全隐患。据相关统计，由于吊车事故，美国年均死亡200人左右。

近日，2017年度第七届吴文俊人工智能科学技术奖评审结果公布，南开大学计算机与控制工程学院教师方勇纯、孙宁、张雪波作为完成人的研究成果“一类欠驱动机器人系统的轨迹规划与跟踪控制”，荣获第七届吴文俊人工智能自然科学奖一等奖（唯一的一等奖），该研究成果在“桥式吊车”研究领域取得重大突破，对实现安全生产、节能减排、降低人力成本等方面将产生重要影响。

对于“桥式吊车”这种复杂的欠驱动机器人系统，如何对其实现高性能控制是当前困扰机器人与控制界的一个难题，亟待设计高效自动消摆定位控制方法来部分代替人工操作，减少人力劳动，提高系统的工作效率与安全性能，获得可观的经济效益。尽管国内外学者开展了大量研究，但一些开放性难点，如防摆轨迹规划、基于能量的控制方法、输出反馈控制、伴随负载升降运动的防摆定位控制、考虑未建模动态与外界扰动的鲁棒控制等实际问题，仍未得到有效解决。天博

针对难题，方勇纯、孙宁、张雪波与科研团队成员提出了基于能量分析的高性能消摆定位控制方法、可高效抑制负载摆动的轨迹规划方法、适用于特殊工况的欠驱动系统高性能控制方法等先进控制技术，来击破壁垒。天博官网

对于基于能量分析的高性能消摆定位控制方法，针对系统的欠驱动特性，团队首次引入基于能量分析的思想来解决“桥式吊车”等欠驱动机器人系统的控制问题，其核心思想在于深入分析系统的能量分布，在此基础上，通过提高驱动与非驱动状态之间的耦合关系来实现非驱动状态的高性能控制。基于这一核心思想，团队先后提出了若干种适用于不同应用场景的先进控制策略，并取得了非常好的控制性能。