Kinematics Modeling of an Omnidirectional Autonomous Mobile Robot with Castor Wheels

The kinematics model of an omnidirectional wheeled mobile robot （WMR） platform with 3 castor wheels was built, which includes the actuated inverse solution and the sensed forward solution. Motion simulations verify the consistency between the actuated inverse solution and the sensed forward solution. Analysis results show that the WMR possesses 3 degrees of freedom, and its motion trajectory is a straight line. The ＂pushing＂ and ＂pulling＂ motion patterns of the WMR can be generated by using different wheel orientations. It can be used in the places where the space is limited.

基于舵向结构原理的新型机器人底盘系统设计

为了提高轮式底盘机器人的灵活性、应对复杂地形的适应能力,提出了一种舵向结构的高机动性移动机器人。该机器人通过舵向结构在运动过程中对速度和方向分别控制以适应地形变化,在提高运动效率的同时也减少了运动分量对轮组造成的磨损。使用Solidworks和MATLAB分别对机器人的运动过程和控制系统仿真,研制出物理样机并进行组合运动、绕点运动等测试,结果表明:该机器人能够通过4个轮组的组合运动实现整体控制,在4 s内以0.3 m/s的速度绕半径为15 cm的圆运动一周,误差保持在1 cm以内,验证了该机器人的灵活性。

全向轮式分拣装置货物移动轨迹模块化设计

全向轮式分拣装置通过对分拣平台上均布的各个全向轮进行独立及有选择性的速度控制,可实现以不同速度沿不同轨迹输送货物。文章提出一种全向轮式分拣装置货物移动轨迹的模块化设计方法,实现货物在分拣平台上沿任意指定路线灵活输送。将货物在分拣平台上的任意轨迹移动分解为直线段与圆弧段2种轨迹的不同组合;分别对直线段和圆弧段进行轨迹移动模块化设计,输入各段起点和终点的位置及速度等初始化参数,模块自动完成货物移动质心轨迹生成、货物移动扫掠面计算、扫掠面界内全向轮判断以及界内全向轮速度计算;最后,通过直线轨迹移动段与圆弧轨迹移动段的不同组合搭建货物分拣与堆码轨迹,对全向轮式分拣装置货物移动轨迹模块化设计方法进行试验测试。结果表明,文章提出的模块化设计方法大大降低了全向轮式分拣装置货物输送控制设计的难度。

基于LADRC的四轮全向Mecanum轮机器人运动控制研究

近年来,移动机器人在巡检作业、智能电器、无人驾驶等领域的作用日益显现。全向移动机器人由于结构的特殊性和运动控制的复杂性,采用经典控制方法如比例积分微分控制、线性二次型调节控制等很难实现稳定的控制。针对全向移动机器人易受到外界扰动及其建模不精确的问题,进行四轮全向Mecanum轮机器人的运动控制系统设计。使用扩张状态观测器进行机器人总扰动的实时估计,完成LADRC控制器的设计。实验结果表明,相较于传统控制方法,基于LADRC的控制器能够更好地抑制外部干扰,减小运动误差,并提高机器人的运动精度和鲁棒性。

基于全向轮的排管电缆巡检机器人建模及仿真

针对地下排管电缆内部空间狭小密闭,人工无法巡检,现有管道机器人无法适应排管电缆这一特殊环境的问题,设计了一款小型化、紧凑型且能够在已敷设电缆的地下排管内实现运行的排管电缆巡检机器人,用以对排管内壁及电缆工况进行检测。根据工况需求,建立机器人整体三维模型。分析全向轮速度与系统速度的映射关系,分析机器人在排管内部的变径支撑能力和牵引力大小,建立数学模型。仿真结果表明:该机器人能够在敷设电缆型号为YJLV22-3×300的地下排管内直行通过,且能进行姿态调整,避过障碍物继续直行,完成巡检任务。仿真结果与理论计算基本一致,验证了动力学模型的正确性。

Fuzzy Behavior-based Control of Three Wheeled Omnidirectional Mobile Robot

In this paper, a fuzzy behavior-based approach for a three wheeled omnidirectional mobile robot(TWOMR) navigation has been proposed. The robot has to track either static or dynamic target while avoiding either static or dynamic obstacles along its path. A simple controller design is adopted, and to do so, two fuzzy behaviors "Track the Target" and "Avoid Obstacles and Wall Following" are considered based on reduced rule bases(six and five rules respectively). This strategy employs a system of five ultrasonic sensors which provide the necessary information about obstacles in the environment. Simulation platform was designed to demonstrate the effectiveness of the proposed approach.

基于明轮的全向移动式无人船舶设计

该文针对现有垃圾清理船舶回转半径较大(尤其在小型狭窄水域中机动性差)等问题,设计了一种基于4个明轮的全向移动式无人船舶平台。文中首先建立该船舶的运动学模型,并进行了动力学分析;然后结合直流电机编码器的实时运动数据,利用模糊自适应比例-积分-微分控制算法实现了对明轮的稳定控制。实验结果表明:该全向移动式无人船舶能在艏向角不变的情况下,实现横向、纵向和斜向等方向的运动,其轨迹跟踪精度高,误差在10 cm内,实际航行跟踪轨迹贴合期望轨迹。该船舶具有无回转半径、吃水浅等优势,适用于小型狭窄水域中工作的无人船舶平台。

基于ROS的全向轮自主移动底盘平台研制

针对机器人移动底盘在复杂环境中响应速度慢、缺乏自主移动能力的问题,研制了一种基于ROS的全向移动四轮自主导航底盘平台。该平台包含移动机器人机械底盘、激光雷达、ROS驱动的软件系统,采用STM32F407单片机系统作为软硬件转化的中间层。机械底盘设计采用“井”字构型框架,包含4个由大疆3508电机驱动的全向轮,上层ROS主机接收传感器信号并完成运动解算后通过单片机系统与底盘电机通信,并借助激光雷达和里程计实现了SLAM定位与导航,从而完成整体控制流程。系统测试结果表明,研制的ROS驱动全向轮自主移动平台响应速度快、运动平稳,在复杂环境中自主移动能力强,具有较好的精确性与鲁棒性。

金融机器人设计及应用研究

随着国家人工智能的政策落地,人工智能的发展逐渐加快。机器人作为人工智能产品已经在酒店、餐厅等行业得到应用。金融机器人也已被各大银行研究及应用,机器人具有人机交互智能化、集成化、便利化等优点,未来在银行智能网点上将会迎来一波发展高潮。

采用SolidWorks API的全方位轮参数化实体建模

全方位轮是全方位移动机器人移动的基础。分析了Mecanum轮的结构,采用切面与投影的方法计算出了辊子轮廓线的参数方程。采用SolidWorks API和VC++软件进行二次开发,论述了开发过程,快速生成辊子轮廓线,并最终实现参数化实体建模。参数化建模使得全方位轮的结构设计快速、简便并且通用,为今后的运动学仿真分析奠定了基础。

一种全方位移动机器人的运动学分析

介绍了本所开发的全方位移动机器人的机械结构 ,分析了它的运动学模型 .并在此基础上 ,讨论了几种特殊的运动方式 .最后分析了实际存在的滑动对模型的影响 .

全向轮机器人路径规划与导航系统设计

全向轮机器人因不存在非完整性约束可向任意方向做直线运动而不需事先做旋转运动,可执行复杂的弧线运动。介绍了一种基于正交码盘与陀螺仪建立的全向轮底盘定位系统与基于Bezier曲线路径规划的机器人导航算法。以13年亚太机器人大赛国内选拔赛参赛机器人为平台,通过研究三轮全向轮底盘的运动特性,以DSP+FPGA为控制核心,结合外部传感器实现了对机器人的运动控制,使其能够跟随基于Bezier曲线规划的路径运动。实验表明,该套控制系统具有良好的运动控制精度,并在比赛应用中满足了高速、精确的底盘运动控制要求。

四轮全方位移动机器人各向相异性研究

由于全方位轮的特殊构造,使得全方位移动机器人沿不同方向运动时具有的最大速度不同,以及在不同方向上的加速性能也不同,称之为各向相异性(anisotropy).为了充分发挥全方位移动机器人的优越性,通过对4轮全方位移动机器人进行运动学、动力学建模,分析了机器人各向相异性,确定了轮系布置与最大速度曲线的相关规律,以及当机器人沿某一方向以一定加速度运动时,不同轮子上驱动电机所需提供的转矩,从而使得机器人加速运动时更好地避免轮子打滑.并且通过Matlab-ADAMS联合仿真以及实际实验,验证了分析结果的正确性.对机器人的各向相异性作了全面系统的研究,从而更清楚地表述了模型特性,为更好地控制全方位移动机器人提供了基础.

一种模块化全方位移动机器人的运动学分析

全方位移动机器人由三个轮式模块化单元和一个连接平台组成。轮式模块化单元是一个模块化万向单元称为MUU,具有俯仰、偏航和回转三个自由度。MUU的圆柱形铝合金外壳上安装了一系列的被动轮,这些被动轮机构使MUU成为一个大的全方位驱动轮。MUU在垂直于身体轴线方向能够提供较大驱动力,而在身体轴线方向的作用力由小被动轮卸载,从而实现万向轮的功能。高度的集成性使MUU的通讯和更换易于实现。移动机器人的运动学分析证明了该机器人的运动灵活性。最后,给出了该机器人的运动实验和仿真结果。

四轮式全向移动机器人设计

对几种全向移动机构进行综合比较的基础上设计了两种万向轮.在移动机器人本体上对这两种万向轮进行合理布局,采用四轮支撑形式,通过4个万向轮上的各个电机的联动使机器人实现全向移动功能.同时为了保证各万向轮能对实时路况做到自适应调节,采用悬架结构连接机器人本体和各个万向轮.最后对移动机器人进行运动学分析,得到了各电机输入转速与机器人运行速度的关系,验证了机器人的全向移动性能以及万向轮布局形式的合理性,为今后的运动控制和离线编程提供了依据.该移动机器人为需要全向移动的应用场合提供了一种完美的解决方案.

一种履带式全方位移动平台的平顺性分析

针对Mecanum轮式全方位移动平台存在路面适应性差等问题,提出了"全方位移动履带"的结构,并研制出一种履带式全方位移动平台;研究了履带式全方位移动平台的运动平顺性,分别建立了履带式和Mecanum轮式全方位移动平台的虚拟样机,主要完成了两种样机在B^F级不平路面的纵向及横向运动仿真试验;分析了两种样机纵向及横向运动的平顺性,结果表明,履带式全方位移动平台的运动平顺性优于Mecanum轮式全方位移动平台,并总结了路面等级对其纵向及横向运动平顺性的影响规律;在一段土路(相当于C级路面)上完成了平台的平顺性试验,试验结果验证了仿真结果的正确性;因此,履带式全方位移动平台可以改善Mecanum轮式全方位移动平台的路面适应性。

全向移动机器人模糊PI控制研究

基于麦克纳姆轮的全向移动机器人在行驶中极易滑动而导致实际航向偏离设定值,为提高其行驶航向准确性,在分析其运动学模型之后,提出一种对其行驶航向进行实时修正的控制算法——模糊PI控制算法。以姿态角度传感器反馈的航向角偏差和偏差增量作为输入量,通过模糊化、模糊推理和去模糊化三个步骤实现其行驶航向的实时修正,解决机器人行驶航向偏离目标航向和运动不平稳的问题。结果表明,当机器人航向角偏差在35~40°之间时,机器人在纵向运动时模糊PI控制算法的调节时间加快了1.3s,超调角度减小了7.7°;机器人在横向运动时模糊PI控制算法的调节时间加快了1.2s,超调角度减小了4.3°。说明模糊PI控制算法超调量小、调节速度快,航向修正效果很好。

转向盘式六足机器人设计及全方位运动控制

基于转向盘的全方位步行机器人综合了腿式机器人与车辆方向盘的结构特征,为了对其运动性能及运动控制进行系统研究,介绍了该机器人的设计思想、机构特色及运动原理.建立了该机器人的等效操作臂模型,给出操作臂的雅克比矩阵,推导出操作臂在关节空间和笛卡尔空间下的动力学方程,以此给出了转向系统的非线性闭环控制模型.基于Adams与Matlab/Simulink对机器人全方位运动进行了PID联合控制仿真,并对样机模型进行了实验研究.结果表明:转向盘式步行机器人在全方位运动控制方面灵活性好,方向精度高,控制简单可靠.

基于ROS和全向舵轮驱动的移动机器人系统设计

本文设计了一种基于机器人操作系统(ROS)和EtherCAT的双舵轮全向移动机器人控制系统。首先建立双舵轮对角驱动移动机器人运动学模型;采用Xenomai实时内核和IgHEtherCAT主站技术设计机器人底层驱动;在ROS平台下,以movebase为核心设计机器人导航规划层,导航数据源由惯性测量单元、编码器和激光雷达获取;利用Qt设计远程客户端人机界面,主要包含控制窗口和数据库等界面;最后,针对构建的全向移动机器人进行自主导航实验,实验结果验证了所设计系统的实用性。

基于视觉的移动机器人避障控制系统设计

针对三轮全向移动机器人自主避障行进问题,提出一种以STM32F1处理器为核心的视觉避障控制系统。分析三轮全向移动机器人运动模型,设计避障机器人的硬件控制系统。利用OpenMV OV7725图像模块识别障碍物并获取障碍物位置信息。根据位置信息,采用模糊控制算法控制机器人移动方向,实现自主避障功能。结果表明:利用该系统,三轮全向移动机器人能自主识别并成功避开行进路线中的障碍物。