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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内容。
    • 模拟计算
    • 动力系统编排“，
    • 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固有地包含模拟处理元素。直到最近，关于这类模型的理论工作还很少，许多基本问题仍未解决。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，并对探索使用流来执行广泛的计算感兴趣

    • 动力系统编排“，

    • 动机
      我们开发了一个实验试验台，由一个带有无线电链路的双圆摆组成，用于从三个轴编码器中的两个传输位置数据。这消除了电线和摩擦效应，与他们一起。我们把这项工作称为“编舞”，但杂技也同样合适。这个想法是能够给机器提供语言输入，并让它执行那种摆动、旋转、平衡等序列，人们可能会期望奥运会运动员在双杠上。在此过程中，我们已经了解了扩大非线性系统稳定性域所涉及的一些问题。

      装置
      钟摆由一个水平臂和一个垂直臂组成，它们总是彼此正交。水平臂由伺服电机驱动。水平臂和垂直臂之间的关节是自由关节。每个接头上都安装有旋转电动编码器。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为12位二进制数，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，这将整个系统的采样频率限制在50Hz。每个编码器的精度为0.04度。摆的底座是平的，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，从相干光谱学到量子信息处理。在大多数应用程序中，感兴趣的系统不是孤立的，而是与其环境交互的。这导致了松弛现象，在实践中导致信号损失，最终限制了应用范围。我们研究的目标是以最小化弛豫损失的方式操纵量子系统。具体来说，对于每个系统，我们想要计算存在弛豫的相干传递效率的理论上限，并开发最优控制(脉冲序列)，在实验上实现这一极限。

      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机，这类控制系统在状态上是线性的，其特征是原来的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核磁共振波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，这些元件比常规使用的脉冲序列(例如INEPT)效率更高。所开发的方法绝不局限于核磁共振应用，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都是利用反馈控制下的循环过程来实现其目的的。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被广泛发现，模式生成的思想被广泛用于合理化用于协调运动的机制，如运动和呼吸。在这里，我们开发了循环过程的使用和非完整系统的控制之间的联系，强调了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。手指的每一个连杆都在与工作台平行的平面内旋转，整个手指可以垂直于工作台移动。驱动由六个通过RS-232串行协议与计算机通信的伺服电机提供。此外，工作面上还安装了一个摄像头，用于跟踪机械手和被操纵物体的运动。

      每根手指的末端都有一个触觉传感器，它由充满硅胶的乳胶膜制成的柔顺指尖组成。当指尖变形时，画在薄膜内部的一组圆点也会移动。这些点的新位置被安装在指尖内的一个小型摄像机捕捉到。对相机拍摄的图像进行处理，以确定图像平面上点的位置。我们使用这些二维坐标和指尖的物理模型来确定这些点在三维空间中的位置。这提供了关于指尖形状的信息，可以作为我们操作算法的反馈。

      块堆积
      目前正在该系统上研究的一项任务是块堆叠。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。这需要机械手识别两个积木的位置，将手指放在其中一个积木上，安全地抓住积木，将其举过另一个积木，并将其放在另一个积木上——所有这些都不会引起任何碰撞或掉落任何积木。这项任务利用头顶的摄像头来定位积木和触觉传感器，以确保安全抓取和检测积木的位置。它还需要精确的路径规划和执行，以避免任何冲突。

      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很耗时，而且具体到所使用的硬件。在这种情况下，运动是根据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。有一种独立于机器的语言来描述机器人的动作会很方便。

      然而，方便编程并不是我们唯一的目标。我们希望建立一个数学框架来描述一般的运动。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。在拟订涉及描述一项动议所需大量资料的问题时，这种框架将是有用的。这些问题包括控制机器人所需的数据的最小化(例如在空间机器人技术中)和任务机器人的设计，其运动需要用最少的指令来描述。

    • 系统识别

    • 考虑一个简单的线性随机系统，其形式为dx = Ax dt + bdw，其中状态噪声项和观测噪声项dw和du为独立的维纳过程。我们认为(A,B,C)三元组是未知的，本研究计划的目标是在给定dy(t)观测值的情况下确定(A,B,C)。这可以被框定为一个非线性滤波问题，通常这样的滤波问题需要无穷多个足够的统计量。然而，假设未知变量来自有限集会导致有限集的充分统计量。

    • 通信有限的系统

    • 传统上，信息理论问题与决策和控制问题的考虑是分离的。实现解耦的方法是忽略连接系统不同组件的通信通道的容量限制。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通信限制。将通信约束集成到系统的估计和控制中成为我们深入理解分布式、异步和网络化控制系统的一项不可避免的任务。