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题名基于PPO的球形机器人目标跟随研究
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作者
靳一聪
应展烽
刘春政
葛昊
陈志华
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机构
南京理工大学瞬态物理国家重点实验室
南京理工大学能源与动力工程学院
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出处
《兵器装备工程学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第3期280-285,共6页
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基金
江苏省自然资源厅科技计划项目(JSZRHKJ202219)。
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文摘
球形机器人由于其优异的运动性能、出色的地形适应能力和防侧翻的特性,被广泛应用于水下探测、岸滩巡检等需要适应复杂环境的场景。然而球形机器人系统模型具有欠驱动、非线性的特点,运动控制问题复杂,在复杂应用环境下难以可靠跟随目标。为此,提出了一种基于近端策略优化(PPO)算法的球形机器人目标跟随方法。该方法基于深度强化学习理论,在球形机器人动力学模型的基础上,设计了简单高效的动作空间和表征完善的状态空间。并且为提高目标跟随方法的鲁棒性,该方法在奖励函数中引入人工势场,以使目标始终保持在机器人视野中心。仿真结果表明,所提方法能够满足既定场景的跟随需求,球形机器人使用该方法可以对随机运动目标进行可靠跟随。
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关键词
球形机器人
目标跟随
强化学习
PPO算法
人工势场
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Keywords
spherical robot
target following
deep reinforcement learning
PPO
artificial potential field
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分类号
TP242
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名基于MPC的球形机器人轨迹跟踪方法研究
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作者
刘春政
陈志华
应展烽
靳一聪
葛昊
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机构
南京理工大学瞬态物理国家重点实验室
南京理工大学能源与动力工程学院
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出处
《兵器装备工程学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期290-297,共8页
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基金
江苏省自然资源厅科技计划项目(JSZRHKJ202219)。
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文摘
单摆驱动式球形机器人运动存在欠驱动和非线性特性,导致轨迹跟踪难度较大。为此,提出了一种基于模型预测控制(MPC)的球形机器人轨迹跟踪控制方法。该方法首先利用拉格朗日动力学模型和参考运动轨迹,结合泰勒线性展开和时域离散处理,得到球形机器人运动状态偏差的预测模型。随后,以未来特定时段内轨迹跟踪误差最小为目标,在满足控制量和控制增量约束的条件下,利用二次规划对球形机器人长轴和短轴电机转矩进行滚动优化,同时在特定控制步长下不断根据优化结果进行电机转矩控制,最终实现对机器人参考轨迹的跟踪。仿真结果表明,与传统PID控制方法相比,所提MPC方法横向跟踪最大误差减少了0.664 4 m,纵向跟踪最大误差减少了0.112 1 m,跟踪误差曲线基本在0附近波动,具有明显的轨迹跟踪精度与稳定性优势。
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关键词
球形机器人
非线性动力学模型
模型预测控制
滚动优化
轨迹跟踪
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Keywords
spherical robot
nonlinear dynamic model
model predictive control
rolling optimization
trajectory tracking
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分类号
TP242
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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