Robocup F-180全方位小型足球机器人运动学分析

在小型足球机器人两个前轮之间安装踢球器、控球器等装置不仅会对车体各部分的布局造成一定的影响,也会使小车的运动性能发生变化。本文建立了三轮和四轮全方位小型足球机器人的运动学模型,分析了主动轮速度和从动滚子速度随两前轮夹角不同而产生的变化,讨论了车体沿任意方向直线运动时夹角的变化对车体运动性能的影响,对车体机构的设计具有指导意义。

基于EKF算法的多传感器定位仪设计

针对室内机器人定位难题,提出使用全向轮、编码器配合惯性测量单元(IMU)进行组合定位的方法。分析了定位仪的工作原理,介绍了定位仪硬件系统的设计,引入扩展卡尔曼滤波(EKF)算法,对多个测量数据进行融合滤波。经现场实验表明:在10 m×10 m范围内进行定位,直线运动误差在20 mm以内,随机运动误差在50 mm以内,定位频率可达20 Hz,满足机器人运动控制要求。

轮式全方位移动机器人几种转向方式的研究

全方位移动机器人由于具有平面上全部三个自由度、较高灵活性和机动性等优点,近年来得到了广泛的研究。四轮驱动的全方位移动机器人在躲避障碍物的同时能否精确到达指定地点取决于各个轮子的转向和驱动方式。在进行了全方位移动机器人的几种典型转向方式动力学建模的基础上,结合实验数据分析比较了几种转向方式的优劣性,为今后全方位移动机器人的动力学研究提供一些有价值的参考。

全向移动平台运动学分析及其自适应控制器设计

在分析Mecanum轮结构及其工作原理的基础上,基于矢量分析法建立了四轮全向移动平台一般形式的运动学模型;针对常规PID控制无法在线自整定及其响应实时性有待提高等问题,采用CMAC(Cerebellar model articulation controller)+PID联合控制策略,设计了全向移动平台嵌入式自适应控制器;进行了直流电机调速MATLAB仿真及实验对比分析,并通过多组典型实验对样机运动性能进行了测试。结果表明,该Mecanum轮全向移动平台运动学模型是合理的,CMAC+PID自适应控制器动态响应速度快、控制精度高、鲁棒性好,样机能在平面内较好地实现横/纵向平移、原地旋转及全方位运动,总体性能可满足工程应用要求。

基于模糊PID的全方位移动机器人运动控制

通过对足球机器人运动学模型的分析,考虑到系统的时变、非线性和干扰大等特点,以全向移动机器人为研究平台,提出一种将模糊控制与传统的PID控制相结合的方法,应用到足球机器人的运动控制系统中。针对足球机器人运动控制中的重点问题,着重提出了基于模糊控制的动态调整PID控制器的3个参数kp、ki、kd的设计方法。实验表明,该控制器能较好地改善控制系统对轮速的控制效果。

不平地面上Mecanum轮全方位系统运动学通用模型

Mecanum轮运动系统无需转向轮能实现平面上全方位运动。具有特殊结构的Mecanum轮全方位系统运行在不平地面上时,轮与地面接触状态是变化的,机体与地面不平度的耦合,使机体存在除平面运动外的附加姿态角运动,因此建立在平面上的三维运动学模型不能描述其运动学特征。为使系统能在具有局部不平度的结构化环境中运行,必须建立在不平地面条件下Mecanum轮系统的运动学模型。通过分类分析轮与地面的接触状态与接触图形,用矢量变换结合笛卡儿坐标变换方法分析给出Mecanum全方位系统在不平地面上运动的六维运动学模型,并分析系统在不平地面上实现全方位行走的条件。分析指出,该六维运动模型既适用于不平地面,也适用于平坦平面,因此该六维运动学模型是一种通用运动模型。

适应不平地面的Mecanum四轮全方位小车结构及运动学模型

为了在存在局部不平地面条件下应用Mecanum四轮全方位小车,总结出实际楼宇环境下存在的四类不平地面类型,分析给出对应于四种不平地面条件下Mecanum轮与地面的四种接触状态;针对四类接触状态,提出一种新的适应不平地面的Mecanum四轮全方位小车结构;用矢量及坐标变换方法解析了这种小车结构在不平地面条件下的运动学特性,分析给出了该小车的运动学条件及其适用范围;得出了该四轮小车在不平地面上运行的六维运动学模型。

万向电动叉车螺旋滚轮轮体设计

介绍了万向电动叉车的研究现状与研究意义,分析了螺旋滚轮的运动特性,提出了螺旋滚轮的轮体设计原则和设计方法,建立了螺旋滚轮的设计模型,并根据模型计算得出了万向电动叉车螺旋滚轮的各关键参数值。最后结合工程实际对关键参数做出调整,并给出已研制的螺旋滚轮实际参数。

一种圆弧锥辊的全向轮结构及其分析

介绍了一种新型圆弧锥辊全向轮的结构及其设计方法,该全向轮轮缘采用单一的圆弧锥辊排列,圆弧锥辊的大小头相互嵌套,是一种单排连续切换的全向轮。分析了几种典型的全向轮结构及圆弧锥辊全向轮的结构及其设计特点,给出了圆弧锥辊全向轮的锥辊曲面参数方程,根据其结构特点,推导给出了该全向轮结构参数计算公式,并从几何关系和强度两方面分析给出了此种全向轮最佳的锥辊数。

电磁微马达驱动全方位永磁轮式爬壁微机器人

介绍了一种全方位微型轮式爬壁机器人.将轴向磁通电磁微马达与永磁轮集成在一起,实现驱动吸附一体化设计.采用一套转向齿轮和三个永磁轮,设计了全方位的爬壁机构.通过动力学分析,导出微机器人爬壁所需的力矩和磁力,并结合永磁轮自身的设计约束,采用ANSOFT和Pro/Engineer仿真对其尺寸进行了优化,从而在相同负载的情况下降低了不必要的力矩损耗.仿真计算和实验结果证明了上述方法的可行性.

Mecanum轮全方位移动机器人的速度修正

Mecanum轮的制造精度较高,加工难度较大,而且加工装配的误差会引起辊子与轮毂轴线夹角α的误差。分析了α的偏差对机器人运动精度影响,提出一种α角的标定方法并应用到自主设计制造的Mecanum轮全方位移动机器人上。实验证明,标定前机器人沿横向平移和原地旋转的速度误差分别为17.4%和8.8%,标定后机器人相应的速度误差只有2.4%和3.1%。结合理论分析和实验结果,对α角进行标定能够减小制造误差对机器人速度的影响,提高运动控制精度。此外,该方法对于降低加工制造难度,扩大Mecanum技术的应用具有积极的作用。

麦克纳姆轮技术及其在船用轮式设备中的应用

介绍了麦克纳姆轮结构及其全方位运动原理.针对麦克纳姆轮结构的不足与全方位车辆的船用化需求,改进了麦克纳姆轮结构、设计了铰接式车架、传动系统及驱动方案.实践证明,在此基础上研制的全方位叉车及全方位转运车能很好地在空间狭小的船舶环境中灵活运转.

交错轴摩擦轮传动原理及其在移动小车运动分析中的应用

分析了交错轴摩擦轮机构传动的基本原理,解析了交错轴摩擦轮机构特例--轮地交错轴摩擦轮传动动力学参数的理论关系和设计计算方法,建立了摩擦轮轴向移动方向的判定方法,并利用ADAMS对不同加载条件下轮地交错轴摩擦轮传动关系模型进行了仿真;在此基础上,应用轮地交错轴摩擦轮传动原理分析了基于Mecanum轮的全方位移动小车的运动关系。研究表明,轮地交错轴摩擦轮传动动力学参数的理论设计计算方法准确,传动有效时,摩擦轮与地接触点的静摩擦力与轮轴线的夹角取决于所加载的载荷,接触点静摩擦力与所加载荷能自适应平衡,摩擦轮轮心的移动速度和沿轮轴向移动速度及支撑轴驱动速度之间的关系不受外载的影响,摩擦轮轮心速度和其沿支撑轴的移动速度与其支撑轴的移动速度之间构成直角三角形关系,摩擦轮的两个速度分别是支撑轴移动速度的余弦和正弦;Mecanum轮的腰鼓形辊子与地面形成的传动关系属于交错轴摩擦轮传动,运用轮地交错轴摩擦轮传动的运动关系理论分析Mecanum轮全方位移动小车的运动可行。

步进电动机驱动的Mecanum轮全向装备运输车的设计

介绍了麦克纳姆(Mecanum)全向轮的原理结构,分析了Mecanum四轮系统的运动学原理。结合电动车驱动系统的动力需求,分析了步进电动机的矩频特性。针对装备运输的实际需要,对步进电动机驱动的全向装备运输车进行了软硬件设计。试验表明,该全向装备运输车既能满足在广阔空间内装备运输速度的需求,又能满足在狭小工作空间内的运动灵活性需要。

Mecanum轮全方位移动小车嵌入式控制系统的设计

在对Mecanum轮移动小车进行运动学分析的基础上,设计了一种基于模糊PID算法的全方位移动小车嵌入式控制系统.其中,上位机控制软件用VB.NET编写,通过蓝牙方式无线操控小车的运动.小车控制系统以高性能单片机STM32F103ZE为核心控制器,采用了模糊自整定PID控制算法,实现了Mecanum轮转速的闭环控制.通过实验对小车运行的稳定性、重复性等进行了测试分析.运行结果表明,所建立的小车运动学模型合理,控制系统运行可靠,模糊自整定PID算法的实时性及其控制精度可满足工程化应用的要求.

Mecanum轮全方位运动系统的约束条件及奇异位形

通过对Mecanum轮全方位运动系统的运动学解析,给出系统轮结构对系统实现全方位运动的约束条件。约束条件包括轮数量、轮结构参数、轮组几何布局结构形式与系统实现全方位运动的关系等,同时分两类轮组布局结构形式讨论系统中存在的奇异位形,并给出减少或避开系统奇异位形的方法。

全向轮式移动机器人的定位导航算法

在全向轮式移动机器人定位及导航算法中,存在特定方向驱动力小且高速走圆弧时超调和打滑的问题,针对此问题,本文进行了研究。首先介绍了全向随动轮定位数学模型及定位标定方法,然后着重分析包括全向轮速度合成、直线导航和圆弧导航在内的全向导航算法,最后分析全向轮式移动机器人定位及导航算法中存在的问题及产生的原因,提出改进算法,并通过实验测试。测试结果表明,适当地选取a值即在两个方向上适当的分配速度能够达到减小超调的目的。

Mecanum三轮全向移动平台的设计

为了实现在有限空间内对机器人的位置进行精确控制的目的,设计了Mecanum三轮全向移动平台。通过分析滚子的几何模型,建立了滚子轮廓面参数方程和轴截型曲线方程。根据滚子的参数模型得到了全向移动平台速度和Mecanum轮角速度之间的关系方程,完成了全向移动平台控制系统的设计。在此基础上制作了Mecanum三轮全向移动平台,并进行了运动性能试验。Mecanum三轮全向移动平台可以实现3个互成120°的直线移动和绕自身中心旋转的正、反方向运动,在轮式移动机构中其全向移动能力具有明显优势。研究结果表明:该移动平台运动方式灵活,能够在狭窄空间中实现精确定位、原地调整姿态和在二维平面上自由运动。

基于Mecanum轮的轮腿式全方位移动机器人的研究及设计

为了保证移动机器人的机动性和灵活性,提高登台越障运动的能力,设计了一种基于Mecanum轮的轮腿式全方位移动机器人。采用M3508直流无刷减速电机和4个Mecanum轮相配合的方式,实现机器人的全方位运动;通过同步带传动,完成前后辅助腿的伸缩运动,达到登台越障效果;采用STM32F405RGT6单片机控制中心板驱动底盘驱动电机和辅助腿伸缩电机,完成指控动作;利用串级PID控制电机,减少稳态误差,提高系统稳定性。结果表明,基于Mecanum轮的轮腿式全方位移动机器人机动性强、登台越障能力相对于普通移动机器人得到显著提高。

全方位移动机器人模糊PID运动控制研究

通过对足球机器人运动学模型的分析,考虑到系统的时变、非线性、干扰大等特点,以全向移动机器人为研究平台,提出一种将模糊控制与传统PID控制相结合的方法,应用到足球机器人的运动控制系统中。针对足球机器人运动控制中的重点问题,着重提出了基于模糊控制的PID控制器中三个参数的动态调整方法。实验表明,该控制器能够很好地改善控制系统对轮速的控制效果。