全向移动机器人的神经滑模自适应PD跟踪控制

针对四轮全向机器人数学模型中未知因数的干扰,提出了一种基于神经滑模的比例微分(Proportional plus Derivative,PD)自适应跟踪控制策略。首先,对机器人的动力学模型进行分析;其次,利用反步轨迹跟踪控制器得到虚拟速度,基于虚拟输入与实际输入的误差设计PD控制器;接着,采用神经网络来逼近动力学模型中的不确定性,并利用Lyapunov定理证明了系统的稳定性。仿真和实验结果表明,该控制策略具有有效性。

四轮全向移动机器人的路径规划研究

针对规则环境下的移动机器人可以自主运动,所提出的四轮全向移动机器人研究。以四轮全向移动机器人为研究对象,通过系统建模分析麦克纳姆轮的运动学方程,基于ROS自主导航的设计和算法的优化,对移动机器人的同步定位与地图构建(SLAM)以及路径规划展开研究,实验表明四轮全向移动机器人可以进行自主运动,在实际应用方面具有一定的参考价值。

基于视觉图像的全向移动机器人轨迹跟踪控制研究

机器人轨迹节点跟踪比较难,导致机器人实际轨迹偏离期望轨迹,所以设计基于视觉图像的全向移动机器人轨迹跟踪控制方法;构建全向移动机器人的运动学数学模型,以此确定机器人移动轨迹数学模型;以移动轨迹数学模型为基础,按照视觉图像划分标准对全向移动机器人运动图像的分割,通过分离目标节点的方式提取运动学特征参量,完成机器人轨迹节点跟踪处理;结合节点跟踪处理结果,将运动学不等式与误差向量作为机器人轨迹跟踪控制的约束条件,利用滑模变结构搭建轨迹跟踪控制模型,实现全向移动机器人轨迹跟踪控制;对比实验结果表明,所设计的方法应用后,全向移动机器人角速度曲线、线速度曲线与期望运动轨迹曲线之间的贴合程度均超过90%,满足全向移动机器人轨迹跟踪控制要求。

全向移动机器人最短时间控制

针对全向移动机器人的最短时间控制问题,依据机器人的轮系结构,根据驱动电机的特性简化全向移动机器人动力学模型,采用松弛措施简化机器人的输入量约束空间,实现状态方程的解耦,降低了计算的复杂度;并根据约束空间和边界条件的特点进行变量代换,提出运用开关线平移的Bang-Bang控制实现次优的最短时间控制。自主研发的足球机器人的运动控制仿真结果表明,所提出的控制方案能够驱动全向机器人实现由任意位置到目标位置的最短时间移动,验证了方案的可行性与合理性。

基于架空轨道的全向移动机器人运动稳定性研究

根据基于架空轨道的全向移动机器人运动特点建立了一种以控制器、驱动机构和被执行对象为开环控制的系统模型,分析被执行对象受惯性作用对系统性能的冲击干扰稳定性,通过Matlab仿真分析瞬态性能,并与无扰动系统状态进行对比。结果表明,增加速度(Kcs)反馈闭环的方法可提高系统的稳定性;改变Ka、Kc大小能使系统的动态性能保持在最优状态;采用闭环控制方法能够达到预期效果。

全向移动机器人动态避障方法

动态避障是全向移动机器人在复杂工作环境下不可或缺的能力。针对在复杂动态环境下传统人工势场法容易陷入局部极小点、目标点不可达和振荡等问题,提出了利用水流场的思想重新定义人工势场的斥力势场函数及其方向,改进方法在不增加计算量的情况下能够使机器人平滑且安全无碰撞到达目标点,实现避障过程。为了实现三维动态仿真,提出了一种基于V-REP与MATLAB的联合仿真方法,并结合改进人工势场法实现全向移动机器人的动态避障模拟,验证了方法的平滑性和可行性。将所提方法应用于实验室内真实场景,全向移动机器人成功实现了动态规避动作,验证了方法的实用性。

基于预测控制的全向移动机器人轨迹跟踪

针对全向移动机器人的轨迹跟踪控制问题,在分析与建立全向移动机器人运动学与动力学模型的基础上,研究了基于模型预测控制的移动机器人轨迹跟踪方法;通过对误差模型的线性化描述,并将目标函数以二次项部分与线性部分构成,在满足控制约束的条件下,将采样周期内最小化目标函数的优化问题转换为二次规划问题的求解;当取预测时域N=5时,机器人在x和y方向的误差范围分别为±5.4%和±4.7%,并在轨迹曲线中曲率半径较小处出现较为明显的抖动,最后对误差产生原因进行了分析与总结,结果表明该方法对全向移动机器人的轨迹跟踪控制是有效可行的。

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。

基于CoDeSys的全向移动机器人控制系统设计

研究了全向移动机器人的运动控制问题,设计了一种基于CoDeSys的控制系统。首先,搭建了由两个全向轮和两个万向轮构成的对角驱动四轮全向移动机器人本体。然后,根据车体位置-航向偏差构建了Lyapunov函数,设计一种适应车体线速度的反馈控制律;根据逆运动学和牵引轮与航向轮速度约束对车体速度进行规划,解决车体因为进入奇异点区域而造成系统不稳定的问题,并使得跟踪期望轨迹时间最优。最后,在CoDeSys上位机上编写功能块,构建全局移动机器人运动控制系统,通过轨迹跟踪实验,验证控制算法的有效性。

被动同心转向式多履带全向移动机器人设计

采用四组被动同心转向结构的履带单元,设计了一种多履带式全向移动机器人,该机器人不仅具有全向移动的能力,也具备运行平稳、载重能力强等特点。机器人使用ST Nucleo-F446RE开发板为控制器,采用旋转电位器测量每组履带单元的偏转角度,通过电机驱动器独立控制8个履带运动,从而实现机器人的全向移动。实验采集了各个履带的运动速度和每组履带单元的偏转角度,通过航位推测法计算机器人在两种运动中的轨迹,验证了机器人的全向移动能力。

基于ROS的全向移动机器人定位导航系统研究

针对传统移动机器人自主运行能力不足及系统设计困难的问题,以自行设计的四麦克纳姆轮全向移动机器人为研究对象,根据层次化和模块化的思想建立了基于混合硬件架构的全向移动机器人定位导航系统的总体设计框架,建立了基于机器人操作系统ROS(Robot Operating System)的实验平台,分析了基于激光雷达的移动机器人Fast-SLAM算法,通过搭建软硬件系统,对机器人的即时定位与地图构建功能进行了测试,对路径规划能力进行了实验。结果表明,该系统能够实现全向移动机器人在未知环境下地图的实时构建,且拥有良好的全局导航及局部避障能力。研究成果对全向移动机器人定位导航系统的研究具有一定参考价值。

全向移动机器人设计方案的综合评价研究

为了对全向移动机器人的设计方案优选决策并评估其综合性能,通过运用熵权法改进的模糊层次分析法(FAHP)实现了对全向移动机器人设计方案的综合评价。将该评价方法具体应用于麦克纳姆轮全向移动平台设计方案的综合评价中,首先建立了其多层次的综合评价指标体系,进而利用F-AHP求出各指标权重,并引入熵权法对所得权重进行了修正,最后得到研究对象的综合性能值和评判等级,实践证明评价过程和结果科学有效。该评价模型与方法降低了评价过程的主观性,亦可推广到其他运动形式的移动机器人设计方案的评价问题中去。

全向移动机器人中电动机控制系统的研究

针对Robo Cup四轮全向移动机器人的功能要求,设计了一种基于DSP2812的直流电动机控制系统。相对于传统的微控制器,使用高性能的DSP2812作为机器人的CPU简化了外围电路,提高了系统的集成度高和稳定性。同时采用Fuzzy-PID控制算法,弥补了单一控制算法的缺陷,改善了电动机的动态性能。实验结果表明,该系统提高了电动机的快速性和控制精度,改善了机器人的运动性能。

基于2.5D激光的全向移动机器人室内SLAM研究

基于解耦式主动万向脚轮的全向移动机器人可以实现平面内三个自由度的运动,机动性强,灵活性高,为工作在狭小空间内的移动机器人提供了良好的解决方案。移动机器人的SLAM技术是其实现真正意义上的自主移动的关键技术。本文中首先对基于解耦式主动万向脚轮的全向移动机器人进行了运动学建模,设计并搭建机器人的运动控制系统,其次设计了一种2. 5D激光传感器,并基于该感器的提出了全向移动机器人室内SLAM算法。该算法采用图优化SLAM的框架,在问题的前端将点云配准的结果与机器人里程计信息进行了融合并根据采集到的2. 5D环境特征及室内半结构化环境的先验假设将数据压缩至2D平面,其中竖直方向突变的情况采取特征中距离最近的点进行压缩,以确保导航的安全。

动力学解析的四轮全向移动机器人电机解耦控制

四轮全向移动机器人是一个复杂的非线性、强耦合的机械系统,各轮驱动电机间存在强耦合现象,很难取得理想的控制效果。针对这一问题,提出一种基于动力学解析的多电机控制系统解耦方法。通过对四轮机器人的动力学解析推导出四轮转速与其驱动力矩间的状态方程,获得各电机输入输出量之间的耦合关系,在此基础上依据控制量一致思想设计解耦控制器,解决了传统参考模型解耦方法不能兼顾控制性能和解耦性能的问题,实现了四路电机的独立控制。仿真结果显示,该方法能够有效地减小控制系统各变量间的相互耦合作用,每路电机均很好地跟踪了各自的输入,解耦效果好。

全向移动机器人设计与仿真软件的研究与实现

针对全向移动机器人设计周期长、调试过程复杂的特点,提出了利用微软基础类MFC进行交互式图形用户界面设计,采用开源动力学引擎ODE进行仿真计算,用开放图形库OpenGL将仿真结果输出到显示窗口,研究并实现了全向移动机器人设计与仿真软件平台。该软件可进行全向移动机器人的实体建模,提供了大量可选配的传感器,可设定控制策略,并进行机器人运动的三维动态仿真。能够较好的辅助于机器人的设计,以便获取最优的设计方案。

全向移动机器人控制系统设计与实验研究

为达到在城区环境中对机器人进行实时控制的目的,设计一种四轮独立驱动、独立转向的全向移动机器人。以西门子S7-1200系列可编程逻辑控制器(PLC)作为底层控制器,以伺服电动机和轮毂电动机的运动控制为主要研究对象,通过运动学分析,实现8个电动机的同步控制。通过以太网和OPC通信,将各电动机的状态数据发送到上位机(PC)中。使用手摇脉冲发生器,验证机器人在手动控制下的灵活运动性能。

基于解耦式主动万向脚轮的全向移动机器人设计

设计了一种具有运动解耦特性的新型主动万向脚轮,实现了脚轮的转向运动和滚动运动的无耦合独立控制。设计了基于解耦式主动万向脚轮的全向移动机器人,建立了其运动学模型,并通过MATLAB对全向移动机器人进行了运动学仿真。仿真结果表明:基于解耦式主动万向脚轮的全向移动机器人可以实现侧行和原地转向。

全向移动机器人电控系统设计

针对现有全向移动机器人电控系统结构复杂、成本高、能耗大的缺点,该文采用ARM7 LPC213x+AVR Mega16单片机的多级主从结构,设计完成了一种小巧、灵活的智能型全向移动机器人电控系统,该系统硬件和软件均采用了模块化设计方法。测试结果表明采用该电控系统后,机器人最终位置定位精度能够达到2 cm以内,角度定位精度能够达到2°以内,能够满足一般的工业应用。

基于模糊自适应控制的全向移动机器人的运动控制研究

由于四轮驱动全向移动机器人轮系分布的特点,四轮之间存在耦合关系,在运行过程中,机器人整体运动的稳定性及控制精度都不佳。针对此问题,本文设计一种基于模糊自适应控制器的误差修正方法,结合模糊控制和PD控制,在线对机器人体进行误差修正,并将整体误差按轮系结构分布合理分配到单个轮子上,从而将整体的误差修正转化为单个轮子的误差修正。通过在Matlab-Simulink环境下仿真实验表明,在使用模糊自适应控制器进行误差修正后,机器人对线速度及角速度的跟随性明显提高,改善了机器人运动控制的精度。