The Development of Self-Balancing Controller for One-Wheeled Vehicles

The purpose of this study is to develop a self-balancing controller (SBC) for one-wheeled vehicles (OWVs). The composition of the OWV system includes: a DSP motion card, a wheel motor, and its driver. In addition, a tilt and a gyro, for sensing the angle and angular velocity of the body slope, are used to realize self-balancing controls. OWV, a kind of unicycle robot, can be dealt with as a mobile-inverted-pendulum system for its instability. However, for its possible applications in mobile carriers or robots, it is worth being further developed. In this study, first, the OWV system model will be derived. Next, through the simulations based on the mathematical model, the analysis of system stability and controllability can be evaluated. Last, a concise and realizable method, through system pole-placement and linear quadratic regulator (LQR), will be proposed to design the SBC. The effectiveness, reliability, and feasibility of the proposal will be con- firmed through simulation studies and experimenting on a physical OWV.

高能量密度低功耗一体化机器人动力轮模组技术研究

针对传统自动引导车(AGV)和自主移动机器人(AMR)传动链存在的低能量密度、高能耗、大尺寸等问题,提出了一种集成电机、减速机、抱闸和编码器的一体化机器人动力轮模组设计。该设计采用大中空电机内嵌减速机的一体化设计技术,显著减少了传动链占用的空间,从而提升了AGV/AMR的底盘空间利用率和整车性能。与传统设计方案相比,该动力轮模组实现了12%的能量密度提升和23%的效率增加,有效降低了功耗损失,为AGV/AMR的传动链设计提供了一种高效、紧凑的解决方案。

工厂智能物流车辆车轮的发展研究

介绍了工厂智能物流车辆的发展情况,以自动引导小车和自主移动机器人为例,重点介绍了工厂智能物流车辆的特点及其车轮的规格尺寸、负荷能力、运行速度、胎面材料和结构特点,并提出工厂智能物流车辆车轮发展中面临的问题和今后的研究方向。

电动轮式移动小车控制系统设计与试验

为了实现电动轮式移动小车能在实际不同的负载和路况下可以稳定的运行工作，该文研制了小车的四轮独立驱动的电机驱动和四轮转向控制系统，该系统由主控制芯片STM32F103RCT6对移动小车进行解算得出4个驱动轮的速度，然后对每个驱动电机进行转矩分配，控制4台用于驱动的无刷直流轮毂电机、2台转向直流电机以及2台制动用直流电机，使得小车实现直线行驶、转向和原地转向；通过单片机ATMEGA48PA控制4台无刷直流轮毂电机换相；采用驱动芯片IR2113驱动场效应管FQA140N10，并利用电机内部霍尔传感器输出的脉冲信号检测无刷直流电机的速度，采用放大器LM358搭建过载保护电路。试验结果表明，所开发的小车驱动控制系统实现了四轮电子差速与转矩分配，移动小车能在水泥路面、干泥土路面、斜坡和草地上稳定可靠运行，小车限速20km/h，爬坡度为8°。在空载情况下能匀速运行8～10h，带额定负载250kg情况下能匀速运行4～5h，有较好的负载性能，满足农业运输及农田作业的需求，减轻人的体力劳动，提高生产效率。该研究可为应用于田间作业的电动移动小车的机械设计及电气控制系统设计提供参考。

轮式移动机器人航向跟踪预估控制算法

本文提出了一种轮式移动机器人航向跟踪预估控制算法 ,航向预估量根据机器人前轮偏角和纵向速度实时得出 ,预估量与机器人实际航向之和作为控制反馈航向 .仿真和实验时用 PID控制器和航向预估算法结合进行航向跟踪 ,结果表明该算法与常规 PID算法相比 ,对机器人纵向速度适应范围较宽 ,能有效地改善控制器的动态特性 ,表现出了较好的自适应能力 .

一种新型变形轮行走机构研究

针对无人地面车辆的功能和对行走机构的要求,提出了一种变形轮行走机构设计方案.在阐述机构原理与特点的基础上,基于有限元理论,分析了行走机构的关键部件———变形轮圈的弹性特性,并对接地压力进行了仿真分析与计算,最后对演示模型进行了行走试验.结果表明,该设计方案合理、可行,从而为无人地面车辆行走机构技术实施途径和新的行走机理研究打下基础.

自主导航小车(AGV)轨迹跟踪的模糊预测控制

针对非完整约束的轮式移动机器人WMR轨迹跟踪问题,以差速驱动式轮式移动机器人XAUT.AGV100为研究对象,对WMR的运动控制问题作了进一步的研究。本文在分析现有移动机器人运动控制方法的基础上,充分利用模糊控制和预测控制的优点,将模糊控制的思想引入到预测控制中,设计了模糊预测控制算法,并采用此方法控制自主导航小车AGV以提高其轨迹跟踪的快速性和运动的平稳性。理论仿真分析和实验研究均证明,采用所设计的模糊预测方法控制AGV,可有效提高AGV轨迹跟踪的快速性和运动平衡性。

轮式移动机器人大转向航向跟踪控制

为了防止轮式移动机器人在大弯道路径跟踪时出现过度转向而引起较大跟踪误差或偏离预定路径 ,提出一种能适应大转向的航向跟踪控制方法 ,利用机器人前轮偏角的绝对方向作为控制器反馈航向 .仿真实验结果表明 ,该方法与以机器人车体航向作为反馈量的常规方法相比 ,在大转向航向跟踪时能有效地改善系统的动态特性 ,减少超调和振荡 。

基于超声波传感器的AGV定位方法的实验研究

自动导航小车(AGV)是一种用于柔性加工系统中以实现物料搬运的移载用轮式移动机器人。为完成其任务,AGV的控制系统必须具备定位、路径规划和导航等功能。考虑到其工作环境的特殊性,为自制的XAUT.AGV100设计了一种定位系统。理论分析和实验均表明:位置精度≤±3 mm,姿态精度≤±0.5°,完全满足生产车间对操作机的精度要求。

高速移动平台横向运动自抗扰控制

采用自抗扰控制（active disturbance rejection control，ADRc）方法，对高速轮式车辆和机器人等移动平台的横向运动控制技术进行了研究．首先给出带约束的平台横向运动数学模型，对ADRC进行简要介绍；然后将模型变换为两个仿射型的子系统模型的串联，并针对高速运行要求分别设计两个子系统的ADRC控制器；最后在平台参数摄动和道路扰动的环境下进行仿真．结果表明，ADRC控制器能够在0～40m／s速度范围内控制平台完成平稳和高精度的横向运动．

电传动车辆永磁轮毂电机技术现状及展望

混合动力电传动是车辆技术研究的重要领域,是未来地面高机动通用平台全电化的基础,而轮毂驱动系统作为轮式车辆的动力核心,轮毂电机的性能尤为关键。概括了轮毂电机技术的国内外发展现状,总结了轮毂电机的发展趋势。基于电传动车辆轮毂电机单元高转矩、宽速域的目标需求,阐述了现存新型永磁电机在轮毂驱动领域的发展前景;归纳了永磁轮毂电机的关键技术问题;展望了电传动车辆永磁轮毂电机系统未来的发展方向。通过对国内外轮毂电机驱动系统理论研究和工程应用的全面综述,以期为未来电传动车辆电机的开发提供参考。

轮-履带式移动车辆的力学性能研究

运用车辆动力学原理,结合微小型移动车辆的结构特点和行驶性能,对其车体部分进行了初步探讨,分析了该类型车辆在路面行驶和越障跨沟两种作业时的力学特性,从而为动力系统的设计提供了理论依据。

Mecanum轮几何模型与运动的分析

Mecanum轮的意义是其在全方位移动平台中的应用，它由一组绕轮子轴线规则排列的滚子组成。通过分析滚子的几何模型，得到滚子轮廓面参数方程和轴截型曲线方程，由此可以方便、精确地制造出滚子。根据滚子的参数模型得到移动平台速度和Mecanum轮角速度之间的关系方程，为Mecanum轮平台的运动学研究提供了更为精确的理论基础。

独立旋转车轮及其在低地板城轨车辆上的应用

文章阐述了独立旋转车轮的发展及其现状,对其导向机理进行了分析,并以近年来国外最新开发的低地板城轨车辆为例,介绍了独立旋转车轮在现代低地板城轨车辆上的应用,通过与采用传统轮对转向架实现低地板化设计的城轨车辆对比,论述了低地板城轨车辆的发展趋势,并对低地板城轨车辆在我国的运用前景进行了展望。

基于熵权-AHP法和ADC法某型轮式战车机动效能评估

为了提高防空导弹武器系统机动效能,提出一种基于熵权-AHP法和ADC法的机动效能评估方法。运用熵权-AHP法和ADC法的相关理论对防空导弹武器系统机动效能进行综合评估,论述了基于熵权-AHP法和ADC法的具体评估过程,并结合防空导弹武器的2种国产轮式战车进行应用分析,有效解决了机动效能评估中存在的指标信息不确定、指标权重不客观等问题。实例结果表明:该方法客观精确,符合实际,为轮式战车的设计、研制和性能改进提供了科学的理论决策依据。

具有惯性传感装置的四轮全向驱动小车设计

机器人运动控制系统中为了提高小车高速运动时轨迹跟踪的准确性,设计了一种具有惯性传感装置的四轮全向驱动小车。运动控制系统处理器采用TMS320F2812型双数字信号处理器(DSP)芯片,小车的惯性传感装置由MENS加速度传感器、电子罗盘和陀螺仪组成,成本低廉工作可靠。

轮式装甲车辆的几何通过性建模与仿真

介绍了轮式装甲车辆通过障碍物的规则，分析了几何障碍物属性和通过判断条件，针对几何障碍物属性，提出了几何障碍物的通过算法，建立了几何通过性模型。采用VC＋＋编程对模型进行了仿真，通过仿真实验验证了算法和模型的可行性。

军用地面无人平台机动性发展现状与趋势

随着机器人技术的高速发展,地面无人平台(Unmanned Ground Vehicle,UGV)在军事领域的应用更加广泛,成为当前军事装备的研究热点。行走机构特征很大程度上决定了地面无人平台的机动性能,按行走机构类型将军用地面无人平台分为轮式、履带式和复合式3大类,且对各类进一步细分,进而梳理国内外典型地面无人平台行走机构,分析其机动特性,总结具有不同行走机构无人平台的优势和不足,并提出适合的应用场景,为地面无人平台发展应用提供参考。