具有不确定滑转的轮式移动机器人轨迹跟踪控制方法

轮式移动机器人在松软复杂地形条件下容易发生车轮滑转,影响轨迹跟踪精度.为提高机器人在该情况下的轨迹跟踪准确性,提出了一种基于容错控制的自适应滑转补偿控制器.首先,考虑车轮滑转率建立了四轮移动机器人运动学模型,并构建了相应的轨迹跟踪误差模型;然后,根据容错控制方法设计了滑转补偿项,并基于Lyapunov稳定性理论证明了自适应滑转补偿控制器的稳定性,实现了对由车轮滑转引起的速度误差的准确补偿;最后,利用四轮移动机器人进行了两种工况下的实验验证.结果表明,设计的控制器能够使移动机器人在未知的车轮滑转率条件下准确跟踪理想路径,并且相较于常规控制器有更强的鲁棒性和更高的跟踪精度.

基于自适应MPC的无人驾驶车辆轨迹跟踪控制

根据自适应模型预测控制相关原理,设计一种无人驾驶车辆的轨迹跟踪控制策略.基于车辆动力学模型,建立轨迹跟踪控制器,并设计目标函数与相关约束,利用自适应MPC(model predictive control)控制算法对其进行求解.在每一个控制时刻工作点,不断更新卡尔曼状态估计器相关增益系数矩阵以及控制器的状态来适应无人驾驶车辆当前的工作环境,以此补偿车辆的非线性以及状态测量噪声带来的影响.在MATLAB中搭建仿真模型并进行仿真验证,得出自适应MPC对于无人驾驶车辆的轨迹跟踪拥有较好的控制精度与鲁棒性,验证了该算法应用在轨迹跟踪控制层的有效性,为轨迹跟踪控制的研究提供了参考.

载人月球车等效侧倾刚度和阻尼计算方法

载人月球车是月面探测必不可少的探测工具,以载人月球车为主的月面活动技术是载人探月及建立月球基地的关键技术。载人月球车移动系统作为承载平台不仅要承担一定的重量,还要保证宇航员在行驶中安全,需要研究其操纵稳定性,而在进行其操纵动力学建模时,等效侧倾刚度和阻尼取值的准确性直接影响其侧翻安全性计算的准确性。在通过对双横臂扭杆悬架结构的载人月球车瞬时侧倾刚度和阻尼进行数学建模时,发现其随车身的侧倾运动发生变化,而不为定值;当采用整个侧倾运动过程中的能量等效的方法,得到的等效侧倾刚度随车身的侧倾运动变化较小,接近定值。因此对不同的等效侧倾刚度与阻尼的取值方法下操纵动力学方程的计算结果与载人月球车的操纵动力学仿真结果进行对比与分析,得到较为精确的等效侧倾刚度和阻尼的取值方法,为载人月球车的操纵动力学和侧翻安全性的研究奠定基础。

基于应力修正的载人月球车车轮侧向力模型研究

载人月球探测是无人月球探测的必然发展趋势,载人月球车是载人月球探测中必不可少的探测工具和手段。宇航员驾驶载人月球车进行月面探测任务,在进行转向行驶时,车轮实际速度方向与滚动方向不一致,此时土壤对车轮产生侧向力的作用。载人月球车车轮运行在月球真空、大温差、松软月面土壤的恶劣条件下,与传统地面橡胶车轮不同,采用弹性筛网形式的车轮。基于一般刚性车轮的侧向力模型,引入三个应力修正系数,其中包括两个侧向附着力计算的应力修正系数和一个侧向推土力计算的应力修正系数。通过推导得到载人月球车弹性筛网车轮的侧向力数学模型,利用参数辨识得到应力修正系数的求解公式。对比理论修正模型与试验结果,验证了载人月球车弹性筛网轮侧向力理论模型的准确性。

重力不同引起的载人月球车操纵差异分析

为分析月球与地球重力差异对驾驶员所带来的操纵影响,推导了载人月球车操纵动力学方程.基于径向基神经网络和间接逆模型的训练方法,建立以行驶轨迹为输入、驾驶员操纵转角为输出的载人月球车操纵动力学逆系统.采用两种不同类型的间接对比形式,包括地球重力条件下重复月面行驶的轨迹路线和月球重力条件下重复地面行驶的轨迹路线.将正弦函数和斜坡阶越函数作为驾驶员操纵输入,获得月球或地球重力条件下的行驶轨迹,并利用逆系统求解得到不同重力条件下行驶相同轨迹时驾驶员的操纵转角.结果表明,驾驶员在月球重力条件下需要做出更大的操纵转向角度、更快的操纵转向速度、更高的操纵转向变换频率,并且在月球重力条件下更不容易重复地球重力条件下的相同行驶轨迹.这说明载人月球车在月球重力条件下的操纵性能较差.

载人月球车单轮月面直线加速行驶的模拟算法

当载人月球车(LRV)的车轮在地面与月面使用相同的驱动方式时,重力加速度的不同会导致其产生完全不同的直线运动加速度。针对上述问题,以单个车轮为研究目标,首先建立车轮垂直载荷、挂钩牵引力、驱动力矩的力学模型,分析月面与地面重力条件下能够产生相同直线加速度的车轮运动条件,然后推导同直线加速度运动时车轮力矩驱动的模拟算法。最后,对比月面、地面采用模拟算法、地面不采用模拟算法的三种情况下单个车轮直线加速度,验证模拟算法。计算结果表明:采用模拟算法驱动的地面车轮在与月面同质量或同垂直载荷情况下均可保持相同的直线运动加速度,而不使用模拟算法的地面车轮无法获得相同的直线加速度。

载人月球车曲率连续行驶轨迹的逆问题分析

为了分析月-地重力条件对宇航员驾驶载人月球车时所带来的操纵差异,采用线性二次最优的方法得到载人月球车的操纵动力学逆系统,对典型工况曲率连续条件下的轨迹路径函数进行推导,求得月-地不同重力条件下宇航员行驶相同轨迹所需的操纵输入.计算结果表明,为了行驶相同的轨迹路线,由于月-地重力条件的不同,当宇航员在月球重力条件下驾驶载人月球车时,需要做出比地球重力条件下更快的反应速度,更大的操纵幅度,以及更频繁的操纵变换,也说明了月面驾驶载人月球车具有更高的操纵难度.

地面重力条件模拟月面载人月球车直线加速的驱动算法

宇航员驾驶载人月球车行驶于月面松软地形,为了预先熟悉其驾驶特性,需要对宇航员在地面进行相关的驾驶训练和实验。当使用地面模拟车对月面载人月球车直线加速行驶进行模拟时,地面与月面的重力差异会导致相同车轮驱动方式产生不同的整车直线加速度。针对上述问题,基于地面力学理论和被动滑转原理,建立载人月球车整车直线加速的牵引力模型,分析月面载人月球车与地面模拟车产生相同直线加速度的条件,推导了地面车轮力矩控制月面载人月球车整车直线加速模拟算法。使用相同质量和相同载荷两种不同形式的地面模拟车,验证了直线加速模拟算法的可行性。计算结果表明:在上述两种形式条件下,使用直线加速模拟算法力矩驱动的地面模拟车,均可与月面载人月球车保持相同的整车直线加速度模拟,而不使用直线加速模拟算法的地面模拟车无法获得与月面载人月球车相同的直线加速度。

面向崎岖地形的六足机器人运动能力分析

对机器人自身运动能力的把握是进行合理运动规划和控制的前提.针对面向崎岖地形应用的六足机器人的运动能力进行分析.首先,介绍了六足机器人平台及其系统设计;然后,分别对六足机器人腿部、由机器人躯干和各支撑腿构成的并联机构进行了运动学建模,并分析了它们的工作空间;最后,基于Adams和Matlab建立了含有梅花桩崎岖地形的六足机器人仿真平台,并进行了六足机器人运动仿真.结果表明:通过结合六足机器人自身运动能力和地形特征进行合理的运动规划,可有效提高六足机器人在崎岖地形下的运动能力.

具有解耦功能的二维倾角模拟装置

星球探测车是人类进行星球探测必不可少的工具,为了对星球探测车在实验室内进行崎岖地形上的模拟试验,采用一个具有二维倾角功能的运动平台,并搭配不平路面的模拟来实现崎岖的地形模拟。通过深入研究运动平台的二维运动特性,发现两侧均采用曲柄导杆机构驱动,并同时进行两个方向的倾斜运动时,此空间机构的二维运动具有耦合特性,于是使用补偿铰链来实现对二维耦合运动的解耦。通过对提出的机构进行理论推导分析,并使用仿真与试验进行验证,最终实现了运动平台的两个方向上同时倾斜运动并互不干涉,为星球车崎岖地形模拟试验奠定了基础。

车辆工程专业课程体系改革与实践

车辆工程专业属于机械类专业,其课程体系主要包括:数学与自然科学类、人文社会科学类、学科基础类、专业方向类、实践类等。根据"优化结构、精简学分、融合知识、重建课程"的改革原则,同时参考国内外多所对标高校的相关培养计划,对车辆工程专业课程体系进行了调整优化。加强通识教育,促进通识教育与专业教育有机融合。进一步明确每门课程目标对毕业要求的支撑,从而达成"厚基础、宽口径、强能力"培养要求。

基于YOLO网络的车辆四点标定测距研究

精准且快速的车距测量是车辆实现自动驾驶和避障控制中不可或缺的数据依据之一,同时也是智能车辆安全行驶的必要环节之一。基于相机成像原理和Yolo only look once(YOLO)深度神经网络,提出一种快速且有效的单目相机测距方法,即四点标定测距算法。这种方法将深度神经网络和测距算法结合,能够实现快速识别目标车辆并计算与本车的相对距离信息。在车辆目标识别方面,基于Common objects in context(COCO)数据集和YOLO网络模型下的训练权重,完成对与车辆检测框的提取。在相对距离信息获取方面,基于相机小孔成像原理建立动态的纵、横向相机测距模型;同时,建立YOLO网络检测框中像素坐标系与实际测距中世界坐标系的解析方程,提出一种快速四点标定测距法。最后,进行四点标定测距法和内参数标定测距法的实车对比试验,试验结果表明,相较于内参数标定测距方法,提出的四点标定测距法能够省去繁琐的内参数标定步骤,同时测量误差在25 m范围内降低了1%左右,保持了较高的测距精度。