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  • 提供配置文件
  • 哈佛机器人实验室由罗杰·布洛克特教授于1983年创立。我们目前的研究项目包括以下几个方面。
    • 模拟计算
    • 动力系统编舞“，
    • 量子系统的控制
    • 模式一代
    • 机器人操作
    • 系统识别
产品组合

  • 研究概述

    • 模拟计算

    • 许多强大的生物和人造系统都包含固有的模拟处理元素。直到最近，关于这类模型的理论研究还很少，许多基本问题仍然没有得到解决。我们感兴趣的是描述由常微分方程控制的输入输出系统，其行为稳健地执行算术或逻辑操作。我们已经成功地设计了执行离散操作的连续时间动力系统，如数字排序和数据聚类，并对探索流的使用来执行广泛的计算感兴趣

    • 动力系统编舞“，

    • 动机
      我们开发了一个实验试验台，由一个双圆摆和一个无线电链路组成，从三个轴编码器中的两个发送位置数据。这就消除了电线和摩擦效应。我们把这种工作称为“编舞”，但杂技也同样合适。我们的想法是能够向机器输入语言，让它执行类似于奥运会选手在双杠上的摆动、旋转、平衡等动作。在此过程中，我们学习了一些关于扩大非线性系统稳定域所涉及的问题。

      装置
      钟摆由水平臂和垂直臂组成，它们总是彼此正交。有一个伺服电机驱动水平臂。水平臂与垂直臂之间的关节为自由关节。旋转电编码器安装在每个接头上。编码器测量绝对角位置(而不是增量)并输出模拟信号。然后将每个模拟信号转换成12位的二进制数，通过RS232无线电链路发送到上位机，如下图所示。无线电链路每秒可以发送两个编码器的50个读数，这限制了整个系统的采样频率为50Hz。每个编码器的精度为0.04度。摆锤的底座调平误差为0.06度。

    • 量子系统的控制

    • 量子系统的控制有许多应用，从相干光谱到量子信息处理。在大多数应用中，所关心的系统不是孤立的，而是与其环境相互作用的。这导致了弛豫现象，在实践中导致信号丢失，最终限制了应用范围。我们研究的目标是用一种最小化弛豫损失的方式来操纵量子系统。具体来说，对于每个系统，我们希望计算存在弛豫的相干转移效率的理论上限，并开发最优控制(脉冲序列)，以在实验上达到这一极限。

      从控制理论的角度来看，上述问题为研究一类新的控制系统提供了物理动力，这类控制系统在状态上是线性的，其特征是原始控制可以表示为一些新的控制参数的多项式函数。到目前为止，我们的研究主要集中在液体中核磁共振光谱中耦合自旋动力学的控制。我们已经开发了弛豫优化脉冲元件，在许多实际情况下比传统使用的脉冲序列(例如INEPT)效率高得多。所开发的方法绝不限于核磁共振应用，而是广泛适用于存在耗散的量子力学现象的相干控制。

    • 模式一代

    • 许多重要的工程系统是利用循环过程来实现其目的的，其特性处于反馈控制下。涉及热力学循环和机电能量转换过程的例子尤其值得注意。同样，循环过程在自然界中广泛存在，模式生成的思想被广泛用于合理化用于编排运动的机制，如运动和呼吸。在这里，我们发展了循环过程的使用和非完整系统控制之间的联系，强调这种过程的稳定调节。一个目标是提出特征现象，区分这种强非线性系统的调节，从更常见的研究类型的反馈调节器。

    • 机器人操作

    • 装置
      HRL机械手由两个双连杆“手指”组成，每个手指都有三个自由度。手指的每个连杆在平行于工作面上的平面内旋转，整个手指可以垂直于工作面上移动。驱动由六个伺服电机提供，通过RS-232串行协议与计算机通信。此外，在工作面上安装有一个摄像头，用于跟踪机械手和被操作对象的运动。

      每根手指的末端都有一个触觉传感器，它包括一个柔软的指尖，由填充了硅胶的乳胶膜制成。当指尖变形时，画在薄膜内部的一组点就会移动。这些点的新位置是由安装在指尖内的小型摄像头捕捉到的。对相机拍摄的图像进行处理，以确定图像平面上的点的位置。我们使用这些二维坐标和指尖的物理模型来确定点在三维空间中的位置。这提供了关于指尖形状的信息，可以在我们的操作算法中作为反馈。

      块堆积
      这个系统上目前正在研究的一个任务是块堆叠。我们希望能够在操作器工作空间的任何地方放置两个高度未知的块，并使其堆叠在另一个上面。这需要操纵者识别两个方块的位置，将手指放在其中一个方块上，安全地抓住方块，将其举过另一个方块，并将其放在那个方块的顶部——所有这些都不造成任何碰撞或掉落任何方块。这项任务使用头顶摄像机定位块和触觉传感器，以确保安全的把握和检测块的位置。它还需要精确的路径规划和执行，以避免任何碰撞。

      运动的描述
      本研究要解决的一个基本问题是如何最好地描述运动。为机器人编程的任务通常是耗时的，而且与所使用的硬件有关。在这种情况下，运动是通过控制机器人硬件的特定命令来描述的，并且不能移植到其他机器人上。如果能有一种独立于机器的语言来描述机器人的动作，那就方便多了。

      然而，编程的便利性并不是我们的唯一目标。我们希望建立一个描述一般运动的数学框架。我们的策略是将由开环和闭环控制律组成的运动段或“原子”组合成由机器人执行的运动程序。这样的框架在表述涉及描述运动所需信息量的问题时是有用的。这些问题包括最小化控制机器人所需的数据(例如在空间机器人技术中)，以及设计需要用最少指令描述运动的任务的机器人。

    • 系统识别

    • 考虑一个形式为dx = Ax dt + B dw的简单线性随机系统，其中状态和观测噪声项dw和du是独立的维纳过程。我们认为(A,B,C)三元是未知的，并且这个研究计划的目标是在观察到dy(t)的情况下识别(A,B,C)。这可以被框定为一个非线性滤波问题，通常这种滤波问题需要无限个充分的统计量。然而，假设未知变量来自有限集，就会得到一个有限的充分统计量集。

    • 通讯有限的系统

    • 传统上，信息理论问题与决策和控制问题的考虑是脱钩的。通过忽略连接系统不同组件的通信通道上的容量限制，实现了解耦。将信息理论问题与系统中的决策和控制问题解耦，极大地简化了分析，通常适用于经典应用。通信、计算和网络的进步极大地扩展了控制系统的范围和复杂性。许多新出现的控制系统都是分布式、异步和网络化的。这些系统对传统假设提出了挑战，传统假设忽略了系统不同组件之间的信道通信约束。在深入理解分布式、异步和网络化控制系统的过程中，将通信约束整合到系统的估计和控制中是一项不可避免的任务。