刘勇华（副教授）
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- 硕士生导师
- 所在单位：自动化学院
- 性别：男
- 在职信息：在职
- 所属院系：自动化学院
- 学科：控制理论与控制工程
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1) 四足机器人感知、规划与控制
1.1) 四足机器人运输
四足机器人有潜力携带有效载荷穿越具有挑战性的自然环境。 近年来，基于优化的控制在四足机器人控制中显示出了可喜的成果，但它在很大程度上依赖于精确的动态模型来满足高性能。 未知有效载荷引起的四足机器人不确定性可能使得基于优化的控制解决方案不可行。 在本文中，课题组提出了一种将二次规划（QP）与自适应控制技术相结合的新颖方法。 具体来说，通过李亚普诺夫分析，设计了自适应参数估计器来估计有效负载质量，并采用非线性扰动观测器（DOB）来补偿有效负载引起的力矩的影响。 然后在自适应机器人系统的基础上开发了基于QP的平衡控制器，与非自适应基线相比，显着提高了质心（CoM）位置和基座方向的跟踪精度。 所提出的方法在仿真中得到验证，并在携带各种质量有效负载的 Unitree GO1 机器人上进行了实验测试。
实机实验
Video: https://www.bilibili.com/video/BV1fu4y1678F/
Paper: Wen-Zhi Li, Si-Long Zhang, Bing-Xin Wu, Yong-Hua Liu, and Chun-Yi Su,"Adaptive Locomotion Control for Quadruped Robots Carrying Unknown Payload," in 2024 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2024), Under Review.
发明专利：一种四足机器人的自适应载荷补偿控制方法及系统,刘勇华,李文智,张司龙,吴冰鑫,苏春翌.
1.2) 基于扰动观测器的四足机器人模型预测控制
模型预测控制（MPC）在四足机器人的运动控制领域取得了显着的成功。 然而，其功效取决于精确的动力学模型。 与四足机器人相关的不确定性，例如未知的有效负载、参数漂移和未建模的动力学，可能严重损害系统的整体性能。 为解决这一问题，课题组提出了一种将 MPC 与扰动观测器 (DOB) 相结合的新方法。 该方法引入两个非线性扰动观测器来抵消不确定性的影响。 随后，在满足地面反作用力的摩擦约束条件下提出了基于 DOB 的 MPC 框架。 最后，将该控制框架在 Unitree Go1 机器人中实验验证。结果显示，与标称 MPC 方案相比，该方法作用下四足机器人质心 (CoM) 位置和基座方向的跟踪精度有了显着提高。
实机对比实验
Video: https://www.bilibili.com/video/BV1Dm421L7sL/?vd_source=daf455f71690453c1908cec0f5fe3680
Paper: Bing-Xin Wu, Wen-Zhi Li, Si-Long Zhang, Yong-Hua Liu, Chun-Yi Su, Hongyi Li and Zhi Li,"Disturbance Observer-Based Model Predictive Control for Quadruped Robots with Uncertainties", IEEE Robust and Automation Letters,, Under Review.
发明专利：一种基于扰动观测器的四足机器人自适应模型预测控制方法, 刘勇华, 吴冰鑫, 陈清, 曾祥峰, 苏春翌.
1.3) 基于RISE的四足机器人自适应控制
四足机器人始终存在未建模动力学、参数漂移和未知有效负载等各种形式的干扰，使得基于优化的控制方法的设计变得复杂。 在这项研究中，课题组结合RISE技术，提出了一种基于优化的自适应控制方法。 系统模拟和实验（在 Unitree GO1 机器人上进行）验证了所提出的控制框架的有效性。
实机对比实验
Video: Comming soon.
Paper: Si-Long Zhang, Wen-Zhi Li, Zuen Lin, Zhi Li, Yong-Hua Liu, Chun-Yi Su, Hongyi Li, and Renquan Lu,"Nonlinear RISE-Based Control for Quadruped Robots with Disturbances", Submitted.
1.4) 复杂地形条件下的四足机器人全身控制（开发中）
在复杂地形条件下，如楼梯场景，利用机器人上搭载的深度相机生成高程图。将感知地形与机器人的控制相结合，生成适应于地形的落足点和机身参考轨迹。
实机测试
Video: Comming soon.
2) 面向助老助残的智慧医疗轮椅机械臂建模与控制（开发中）
广工智慧轮椅机械臂1号是一款专为残疾人设计的机器人研究平台。平台将轻型机械臂与电动轮椅相结合，对于帮助残疾人恢复行动能力具有显著的潜力。在此项研究中，课题组将EMG技术、共享控制与全身控制相结合，使轮椅与机械臂能够协助残疾人完成日常任务，包括倒水喝水、开门关门等。
项目正在进行中
3) 面向工业场景的机器人控制技术
3.1) 基于能量罐的变阻抗控制器设计
可变阻抗控制（VIC）是一种广泛应用于机器人多接触任务的先进控制策略。VIC的潜在挑战在于它可能会损害机器人的无源性。基于能量罐的方法是确保变阻抗机器人控制无源性的可靠方法。 然而，大多数现有能源罐往往难以严格保证能量上限，可能导致机器人存在不安全的行为。 为了解决这个问题，课题组开发了一种基于障碍函数的新型能量罐，严格给出了能量罐中能量的上限。 在基于障碍函数能量罐的基础上，提出了一种具有无源特性的可变阻抗控制器。 最后，通过在 Franka Emika 平台上进行的仿真和实验验证了该方法的有效性。
实机对比实验
Paper: Ge-Meng Zhang, Peng Liu, Dong Wang, Deng-Hong Xing, Yong-Hua Liu, Chun-Yi Su, Hongyi Li, and Renquan Lu,"Variable Impedance Control for Robot Manipulators Using a Barrier Function-Based Energy Tank," IEEE Robotics and Automation Letters, Submitted.
3.2) 基于能量罐的机械臂多任务柔顺控制
论文正在撰写中。
实机实验：多任务能量罐能量和刚度变化曲线
3.3) 基于能量罐的力位跟踪控制
论文正在撰写中。
实机实验
4）异构机器人协同规划与控制
由轮式机器人和机器狗组成的异构机器人组，实现真机协同控制，相关课题正在进行中。
5) 非线性控制与智能控制
略。