课程名称:《移动机器人控制》Mobile Robot Control – A Systems Approach
课程编号:2523079001
课程学分:2学分(24课时+8实验课时)
课程简介:课程主要从系统角度了解移动机器人的基本功能(引导、导航、控制)及其在闭环系统中的分布和交互作用。主要内容包括: 移动机器人运动学(运动动态模型、运动动态约束、2维平面环境中轮式机器人)、移动机器人定位(坐标系和变换、航迹推算、距离方位计算、状态空间模型、卡尔曼滤波技术、传感器融合、同时定位和映射-SLAM、可观测性与一致性、滤波性能评估)、移动机器人测绘(术语和定义、地图类型、已知姿势和栅格地图的测绘)、移动机器人导航(一般概念、可控性、微分平滑性、避免碰撞、局部规划方法、全局规划-确定性方法、全局规划-随机方法)和移动机器人跟踪控制(一般控制结构、非线性跟踪控制器综合)。课程通过移动机器人系统的建模、控制、仿真分析等基础理论和案例分析,培养学生对以移动机器人为代表的机电一体化系统的建模、数值仿真、控制设计的能力,为日后的科研或技术开发工作打下基础。
授课对象:面向机械工程学院全体研究生
课程容量:50人
主讲人简介:Klaus Janschek教授是机电系统控制与自动化领域国际著名专家,在先进控制系统理论及其航天机电系统应用领域取得了突出成就。他1982年于奥地利格拉茨工业大学(TU Graz, Austria)获控制系统工学博士学位。1982-1995年在德国戴姆勒奔驰等公司从事控制系统研发和技术管理工作。1995年起任德国德累斯顿工业大学(TU Dresden)电气与计算机工程学院自动化工程讲席教授、自动化研究所所长以及机械工程学院联合教授,2009-12年曾任该院院长。2005年在美国斯坦福大学做客座教授。他的研究专长包括视觉导航、数据融合、移动机器人、光学数据处理与光机电一体化、系统设计(系统辨识、性能评估、离散事件系统、机电系统)等。
现任国际自动控制联合会(IFAC)技术局成员,IFAC机械电子学、机器人及元部件协调委员会主席(CC 4 Chair),IFAC应用论文评奖委员会主席,美国航空航天学会(AIAA)委员,德国航空航天学会(DGLR)委员。1999-2009年任德国自动化期刊at-Automatisierungstechnik编委。他曾任德国测量与自动化工程学会(GMA)理事与顾问委员会委员,2003年当选工业合作研究协会(AiF)科学评审理事会理事,2008年当选德国科学研究基金会(DFG)自动化、控制系统及机器人专业科学顾问,2009年任德国科学与人文科学委员会电气工程学科评审专家。2009年获德国Oldenbourg出版社学术期刊atp奖,2004年获IFAC第3届机电系统国际会议最佳论文奖及期刊at-Automatisierungstechnik最佳论文奖,2011和2013年两次获德国VDI机械电子学研讨会最佳论文奖。他担任过很多国际学术会议的主席,并将任2020年IFAC世界大会协调主席,2005年至今担任德国机械电子学大会程序委员会共同主席。曾任2010年IFAC第5届机电系统国际会议的国际程序委员会(IPC)副主编,2006年IFAC第4届机电系统国际会议IPC主席,2004年德国GMA机电系统设计研讨会程序委员会主席,2001年Boppard控制工程学术研讨会程序委员会主席。
合作教师:杨灿军教授,ycj@zju.edu.cn 朱笑丛副教授,zhuxiaoc@zju.edu.cn
课程内容安排
教学单元(90min) | 内容 | 课件 | 作业 |
1 | Introduction | MRC_Intro | Home preparation |
2 | Kinematics | MRC_L1 |
|
3 | Localization 1 | MRC_L2 |
|
4 | Revisiting State Space | MRC_L3 |
|
5 | Kalman Filtering1 | MRC_L4 |
|
6 | Kalman Filtering2 | MRC_L4 |
|
7 | Localization 2 | MRC_L5 |
|
8 | Mapping | MRC_L6 |
|
9 | Observability and SLAM | MRC_L7 |
|
10 | Controllability and Flatness | MRC_L8 |
|
11 | Guidance 1 | MRC_L9 |
|
12 | Tracking Control | MRC_L10 |
|
13 | Ex-0: Mobile Robot Simulation Framework | MRC_EX0 |
|
14 | Ex-1: Kinematics Exercise | MRC_Ex1 | HW-1 |
15 | Ex-2: Kalman Filter | MRC_Ex2 | HW-2 |
16 | Ex-3: Localization Exercise 2 (EKF) – Solution, Theory | MRC_Ex3_1 |
|
17 | Ex-3: Localization Exercise 2 (EKF) – Simulation Presentation | MRC_Ex3_2 | HW-3 |
16 | Oral/Written Exam |
|
|
课程时间安排:
Date 授课日期 | Time 授课时间 | Unit 课程单元 |
Tue Oct 11 10月11日,星期二 | 18:30-20:05 | Introduction |
Wed Oct 12 10月12日,星期三 | 18:30-20:05 | L1 |
Thu Oct13 10月13日,星期四 | 18:30-20:55 | Ex0 |
Fri Oct 14 10月14日,星期五 | 18:30-20:05 | L2 |
Fri Oct 21 10月21日,星期五 | 18:30-20:05 | Ex1 / HW-1 submission + discussion |
Mon Oct 24 10月24日,星期一 | 18:30-20:05 | L3 |
Tue Oct 25 10月25日,星期二 | 18:30-20:05 | L4 part-1 |
Wed Oct 26 10月26日,星期三 | 18:30-20:05 | L4 part-2 |
Tue Nov 1 11月1日,星期二 | 18:30-20:55 | Ex2 / HW-2 submission + discussion |
Wed Nov 2 11月2日,星期三 | 18:30-20:05 | L5 |
Mon Nov 7 11月7日,星期一 | 18:30-20:55 | L6 |
Tue Nov 8 11月8日,星期二 | 18:30-20:05 | L7 |
Mon Nov 14 11月14日,星期一 | 18:30-20:05 | L8 |
Tue Nov 15 11月15日,星期二 | 18:30-20:55 | Ex3_1 |
Wed Nov 16 11月16日,星期三 | 18:30-20:05 | L9 |
Thu Nov 17 11月17日,星期二 | 18:30-20:05 | L10 |
Fri Nov 18 11月18日,星期五 | 18:00-20:05 | Ex3_2 / HW-3 submission + discussion |
To be defined (日期待定) | ZJU classroom 教室待定 | Exam 考试 |
Legend: BLACK … lectures
BLUE … exercises
GREEN … examination
