16、服务机器人容错控制及分布式故障检测与隔离策略

服务机器人容错控制及分布式故障检测与隔离策略

服务机器人容错控制

在服务机器人的控制中,容错控制是一个关键问题。以TIAGo人形机器人的头部子系统为例,对其进行了基于模型的容错控制研究。通过对该系统的故障估计和补偿机制分析发现,补偿机制内的估计动态不够快,导致部分干扰由RUIO承担,进而使得设计问题引入到解决方案中,误差无法收敛到零。

为解决这一问题,评估了一些策略。例如,采用大于1的增益对注入估计进行加权,以实现初始的过度补偿。但这种策略虽改善了结果,却带来了振荡效应,影响了控制方案的稳定性,最终不得不放弃。不过,所采用的方法为最终解决方案提供了初步思路,具有一定的改进空间。未来计划将该方案在实验室的实际系统中实施,并深入研究故障本身的更多信息,如意外碰撞时的接触点等,以及将其集成到完整的自主架构中。

分布式故障检测与隔离策略

随着多机器人系统应用的日益广泛,故障检测与隔离(FDI)策略变得至关重要。在分布式控制架构中,每个机器人仅基于本地传感器和相邻机器人的信息进行决策,缺乏全局信息,这使得FDI策略更具挑战性。

传统的FDI策略中,基于观测器的方法被广泛研究。在单单元系统中,有集中式FDI方案,通过非线性自适应估计器进行故障检测和隔离;也有采用强化学习的容错控制策略。在分布式控制架构中,基于观测器的方法通常通过定义残差信号来检测和隔离故障。例如,针对非线性不确定系统设计的FDI策略,会依赖自适应阈值进行故障检测;对于大规模非线性系统,会采用分解子系统和共识策略;还有采用未知输入观测器的方法等。

然而,目前针对多机械臂系统的分布式FDI方案较少。本文提出了一种通用的分布式框架,允许每个机器人检测和隔离团队中其他机

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