基于MPC和PID的脚轮式全向移动平台轨迹跟踪

针对现有运动控制策略无法保证独立驱动脚轮式全向移动平台位姿的高精度控制问题,提出一种基于模型预测控制(MPC)和PID控制相结合的双闭环轨迹跟踪控制策略。首先,利用运动学几何关系建立独立驱动脚轮式全向移动平台在世界坐标系下的三自由度运动学模型,基于正交分解法建立平台在机器人坐标系下的逆运动学模型,以反映平台中心点速度与各个脚轮转速间的关系;其次,采用MPC并基于三自由度运动学模型设计位姿控制器,使平台对期望轨迹进行位姿跟踪,并在考虑多目标约束条件的情况下通过位姿控制器求解出最优控制量;最后,采用PID设计速度控制器,用于跟踪位姿控制器输出的期望速度,通过平台逆运动学模型计算得到期望轮速,从而驱动平台实现全向运动。通过仿真验证了所提控制策略的有效性,平台能有效跟踪直线轨迹和圆形轨迹。仿真结果表明,与通过平台转角逆运动学模型解耦驱动轮速的位置单环轨迹跟踪控制策略相比,加入速度内环后系统超调量下降97.23%,响应时间缩短36.84%。

脚轮式全向移动平台负载变化时速度跟踪控制

针对装配有3个单电机脚轮的全向移动平台(简称平台)在不同负载下运动控制精度问题,首先建立平台逆运动学和逆动力学模型;然后在SolidWorks中建立平台三维模型并导入至Adams中建立虚拟样机;在此基础上结合模糊PID控制原理设计速度控制器,并利用Lyapunov函数法证明被控系统的稳定性;最后,在上述控制器作用下,采用Adams-Matlab/Simulink联合仿真技术对平台0%(空载)、20%、50%和100%共4种不同负载情况下的平移运动、复合运动(平动转动同时存在)两种工况进行仿真,并与PID控制效果对比分析。仿真结果表明,模糊PID速度控制器能使速度跟踪滞后时间平均减少56.25%,自转速度最大振幅平均减少46.62%,轨迹误差平均减少57%,及时有效地抑制了负载变化对平台产生的影响,使平台实际速度快速、稳定、准确地收敛于参考速度,系统具有较强的鲁棒性。

低温LNG装卸撬全向移动平台结构设计与有限元分析

针对低温LNG装卸撬转运灵活性差的问题,设计一种车载液压驱动单剪叉式全向移动升降平台。利用三维建模软件SolidWorks对全向移动升降平台进行三维实体建模,通过有限元分析软件Ansys Workbench建立有限元分析模型,对其在最高处和初始状态时受力部件升降平台、单剪叉臂以及底盘构成的整个车架进行静力学分析,并校核各部件强度。最后通过结构优化设计提高低温LNG装卸撬的灵活性,解决了低温液化LNG固定式装卸撬不利于运输和移动、机动性差、转运效率差的问题,为低温LNG装卸撬全向移动平台的研究提供理论基础。

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。

基于超声波传感器的全向移动平台的沿墙控制

针对沿墙自主导航,搭建一种由全向轮、步进电机、超声波传感器以及52单片机组成的全向移动平台,分析了其运动特性。进行了全向移动平台自主沿墙导航系统的硬件设计,提出了一种全动和差动相结合的沿墙控制策略。实验结果证明:该控制策略能有效实现自主精确沿墙导航,为全向移动平台的沿墙导航控制提供了一种方法。

一种Mecanum轮全向移动平台的设计

针对传统移动平台无法满足在狭小空间内作业的问题,在对Mecanum轮结构及其工作原理进行分析的基础上,建立了其一般形式的运动学模型,并基于STM32和模糊PID自整定算法设计了一种嵌入式控制系统。由VB.NET编写了上位机软件,通过蓝牙无线控制平台的运动,并采用模糊PID自整定控制算法实现了闭环控制;经过多组典型实验,结合测距传感器,对该移动平台进行了运动性能测试。测试结果表明:该全向移动平台的运动学模型是合理的,控制系统运行可靠,样机能较好地实现平面内的全方位运动,模糊PID自整定控制算法控制精度高、实时性好,可满足工程应用要求。

基于ADAMS的Mecanum八轮全向移动平台运动学分析与仿真

针对Mecanum四轮全向移动平台承载能力的局限性,提出了一种由八个Mecanum轮协同驱动控制的全向移动平台。在此基础上,建立了Mecanum八轮全向移动平台的运动学模型,推导了其运动学方程,确定了轮子的转速、转向与平台移动速度和方向的关系,同时运用ADAMs软件进行了仿真验证分析。仿真结果表明,该平台在+x方向,45度方向,绕自身转动方向以及沿45度方向同时绕自身转动方向上运动时,仿真所得平台速度与理论计算结果基本保持一致,验证了Mecanum八轮运动学方程的正确性。该运动学方程的建立,为Mecanum八轮全向移动平台的协同驱动控制奠定了理论基础。

全向移动平台的结构设计

为适应狭窄的工作环境以及降低仓储空间成本,提高工厂移动机器人的灵活性与结构模块化,本文设计了一种基于麦克纳姆轮的全向移动平台,利用SolidWorks对全向移动平台进行了三维结构设计,并对驱动电机、减速器和液压动力单元等关键部件进行了计算选型。本文采用了模块化的设计思想,整车由轮组机构、升降机构、车架、控制柜等几个部分组成,优先使用标准化零件和产品。通过悬挂机构的创新设计,有效的解决了地面不平情况下单轮滑移问题,提高了全向移动平台的定位精度。样机的实际运行结果表明,全向移动平台的结构满足设计要求,具有制造简单、装配简易、运行灵活和高定位精度等特点,能够提高工厂生产效能与空间利用率,减少人工成本,满足现代化工厂的使用要求。

基于向量分析法对麦克纳姆轮全向移动平台的研究

随着机器人技术蓬勃发展,越来越多机器人竞赛出现。在大部分机器人竞赛中,麦克纳姆轮全向移动平台已经得到了广泛运用,其所存在的数学分析是当今全向轮中的一个研究热点。针对青少年对无法运用当下所学知识理解麦克纳姆轮运动原理这一问题,采用向量分析法分析麦克纳姆轮的运动过程,利用数学分析建立全向平移运动学模型,并在机器人竞赛中运用,实现机器人自主全向移动。基于此模型,使得青少年能够充分理解麦克纳姆轮的运动过程,正确使用麦克纳姆轮作为机器人的移动平台,并能通过简要的数学公式应用在机器人的运动控制中。与其他麦克纳姆轮运动方程相比更加通俗易懂,能够让青少年更好地运用,增强了青少年机器人竞赛的学术性,也可以提高青少年学生的创新实践能力和科学研究能力。

基于Kinect的全向移动平台视觉伺服控制研究

针对移动机器人的交互控制进行研究,利用Kinect相机获取的人体特征点信息用于全向移动平台的视觉伺服控制中。首先,对完整约束下的移动平台构型进行设计,构建平台的正逆运动学模型;其次,分析基于图像的视觉伺服控制模型,得到图像空间中特征点与笛卡尔空间平台的运动关系;再次,对伺服控制系统进行设计,提出交互中特征点的提取及选取方式,给出雅可比矩阵的深度值估计方法,讨论偏差的增益值组合对平台运动的影响;最后,选择符合条件的一组增益值对上述控制算法进行仿真,分析仿真结果,验证了控制算法的可行性。

脚轮式全向移动平台的运动控制设计与仿真

针对装配有3个单电机脚轮的全驱动全向移动平台(以下简称平台)运动控制问题,首先,采用正交分解法,根据纯滚动约束条件建立平台运动学模型;对于速度雅可比矩阵不可逆时平台处于奇异位形,失去全向移动能力的问题,通过耦合转角运动学和转向角运动学,设计耦合因子识别平台当前位形和奇异位形靠近程度,动态调节平台摆脱奇异位形。其次,采用拉格朗日法建立平台动力学模型,分析动力学Matlab仿真结果,消除转向角对平台的影响,合理简化动力学模型。最后,设计基于逆动力学的双闭环模糊PID控制策略使平台跟踪期望速度。仿真结果表明,耦合运动学模型可驱动平台产生特定运动方式摆脱奇异位形;动态耦合因子可减小转速超调量,降低驱动轮响应时间;在基于逆动力学的双闭环模糊PID控制策略作用下,平台实际速度能够快速稳定的收敛于期望速度。

基于ARM的全向移动平台智能循迹系统设计

为实现全向移动平台的智能循迹和避障,设计了一种基于进阶精简指令集处理器(ARM)控制器的全向移动平台智能循迹系统。该系统采用视觉传感器采集路径信息,通过循迹算法获得全向移动平台的移动控制参数,同时依据路径弯曲程度实时地调整移动平台当前运动速度;采用激光传感器进行测距,并对收集到的数据信息进行处理与分析,以实现避障。该设计实现了全向移动平台的智能循迹和避障。试验结果表明,基于ARM的全向移动平台能够沿预设的轨迹快速、稳定地行驶。该设计方案简单、可靠,可广泛应用于智能导航设备。

基于STM32和CAN总线的全向移动平台控制系统设计

全向移动平台采用多个麦克纳姆轮独立驱动,通过轮组的转速和转向的组合,可以以任意姿态在二维平面内移动,运动非常灵活、平稳,通过位置细微调整实现精确定位和高精度轨迹控制,广泛用于自主移动机器人。为了提高全向移动平台控制的实时性和精确性,增强整个控制系统的稳定性与准确性,对该平台所采用的CAN总线网络、DMA数据传输和PID控制算法等方法进行研究。首先对基于麦克纳姆轮的移动平台进行数学建模并进行运动分析,然后为了加快传感器数据的传输,采用DMA数据传输,而且主控和电机之间通过CAN总线网络以1 M/S的速度进行数据交换。经过测试,在遥控平台全向运动的过程中,操作流畅,平台无卡顿现象,并能够快速准确的到达目标位置。满足控制系统的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。

全向移动平台控制系统设计及误差优化的研究

近年来,随着多智能体技术的高速发展,移动机器人成为各科研院所及各公司研究的重点。其中家庭服务机器人的研究成为移动机器人领域的热点方向。本文主要研究一种四轮全向移动平台,包括运动学建模、运动控制系统设计及软硬件实现,实现对移动平台的全方位移动。并采用基于里程计获取的各轮子位移转化为平台实际位姿,与给定位姿比较设计PID反馈控制器,实现误差优化,使得全向移动平台具有稳定性好、精度高、易于控制以及通用性等特点。最后通过不同的实验,验证了本文设计的全向移动平台的有效性和可靠性。

基于三轮全向移动平台的运动控制系统研究

三轮全向移动平台具有全向移动能力。论文在已开发的机场服务机器人平台基础上,完成了另一种三轮全向移动平台运动控制系统的设计与实现,通过系统建模及运动学分析,采用STM32主控制芯片,无线通信等设备搭载外围硬件系统,实现各种运动模式的控制。经样机实验测试,该移动平台运动灵活,姿态稳定,能在平面更好的实现平移,原地旋转及全方位运动。

全向移动平台智能控制系统设计

针对全向移动平台的控制问题,提出了采用STM32F103控制器构建控制系统的方法,应用于全向移动平台的智能控制。首先进行了整体控制方案设计;然后设计了硬件电路、智能避障算法和驱动电机的速度控制算法;最后进行了系统整体调试。实测信号和实验表明,该控制系统实现了移动平台的全向运动、精确定位和智能避障。

八轮全向移动平台的控制系统设计

针对目前国内工业应用中提出的八Mecanum轮全向移动平台的构想,提出其控制系统的设计与实现方案。研究通过八轮全向移动平台的原理分析,提出总体设计方案,以STM32单片机为控制核心,通过接收遥控信号协同驱动8个Mecanum轮,实现移动平台的全向移动以及零转弯半径转动。详述了控制系统软硬件的模块化设计,并在此基础上研制了样机。通过实验验证了控制系统设计的可行性,对于推进国内全向移动平台的工业化应用具有一定的意义。

基于麦克纳姆轮的全向AGV移动平台控制方法研究

针对麦克纳姆轮全向移动平台运动学控制问题,建立了四轮麦克纳姆轮全向AGV移动平台模型,引入遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和Vague集相似度量理论,基于ITAE时间乘误差绝对值积分性能指标,引入遗传算法寻找最优模糊控制规则,利用Vague集相似度量推理计算最佳匹配度,进而在线动态调整PID参数,并运用于基于麦克纳姆轮的全向AGV移动平台运动学控制。仿真结果表明,与传统PID控制相比,结合遗传算法与Vague集理论的PID控制方法能有效降低系统超调量,缩短系统调整时间,使得全向AGV运动更加稳定灵活。

全向轮智能移动平台前景展望

针对航天器装配生产线存在多工序、多工位、空间发展受限等特点,创新性地提出了一种适用于大型重载航天器部装以上产品的全向轮智能移动平台。该平台具有精密全方位调节、特殊路径规划,以及与AIT洁净环境兼容等显著特点,经原理和试验验证,在航天领域具有较强的实用性和较好的扩展性。此外,还概述了全向轮智能移动平台的发展现状,将其与其它运动平台进行了对比,介绍了其主要特点,分析并展望了我国未来全向轮智能移动平台发展的趋势和行业应用前景。

面向柔性装配的全向移动技术

结合实际需求,设计了一种高可靠的模块化重载全向轮组和全向移动平台,具有结构紧凑、承载大、定位精度高的优势。全向移动平台采用4套集驱动、转向于一体的电动全向轮组,即每个轮组由两台电机分别进行行走和转向驱动。对其进行了全向移动功能、负载能力、运动精度以及刹车距离等试验。试验结果表明:全向移动平台各项功能指标达到了预期的设计目标,与工业机器人系统较好地完成了全向移动平台在柔性装配中的任务。