基于Mecanum轮的全向运动视觉导引AGV研制

介绍了自主研发的Mecanum全向运动视觉导引AGV。该AGV采用视觉导引方式,利用CCD摄像机采集地面路径信息,对采集的每一帧图像做畸变校正及光照补偿后进行阈值分割,采用场扫描法扫描路径,获得当前路径相对视野的角度偏差与距离偏差;主控制器调整Mecanum轮速度,使车体沿导引线行进。采用Mecanum轮驱动的AGV具备全向运动能力。实验表明,研制的全向运动视觉导引AGV能够实现可靠的导引。

基于四足机器人的全向运动控制与仿真

足式机器人的运动方式源于对哺乳动物的仿生学继承。对比轮式、履带式等机器人的运动方式有着明显的优越性。因此长期成为机器人研究领域的热点。足式机器人具有优异的地形适应能力。对山地、台阶、雨林等复杂地形环境有良好的适应性,也将成为野地军事作战的有力武器。尤其是模仿强大狩猎能力动物的四足机器人,其运动特性更具潜力。四足机器人也成为足式机器人领域的重点研究课题。相比于两足和六足机器人,四足机器人具备更高的平稳性,又减少了一些结构上和控制上的冗余性。本文对四足机器人的整体运动进行链系统建模分析,并通过简化正、逆运动学方程得出足端运动轨迹规划,结合齐次变换矩阵,实现对四足机器人的全向行走控制。基于ADAMS和Matlab联合仿真,进行trot和walk步态规划的优化设计。

基于STM32F429的全向运动平台的运动控制

全向运动平台系统是可以实现人体在各个方位行走的2D运动平台。针对实现人体在全向运动平台稳定行走的运动控制,采用加入观测器的一阶控制算法对平台运动控制进行探究。先通过MATLAB软件进行算法的仿真,验证方法的可行性;再通过现场测试,验证控制算法的有效性。最终试验表明,加入观测器的一阶控制算法可对全向运动平台实现有效的运动控制。此运动控制策略的探究为全向运动平台的运动控制提供了一种可行的控制思路和方案。

一种全向滚动球形机器人运动结构的创新设计

介绍了一种可实现全向运动的球形机器人系统,通过变异创新的方法扩大两垂直交叉的回转运动副,将偏心质量包围在其内部,且由于两垂直交叉运动副是完全彼此独立的,使其完全真正实现平面二维无限制自由运动,从而实现球形机器人沿任意方向的运动.同时,利用非完整系统力学理论对球形机器人运动学进行了初步分析,为进一步的动力学分析奠定了基础.

全向移动机器人运动控制系统的研究与实现

利用数字信号处理器为核心控制芯片,以足球机器人为应用对象,进行了三轴全向移动机器人运动控制系统的设计与实现。通过运动学分析,对平移、原地旋转、边平移边转身3种运动方式进行了研究和建模;采用上位机、无线模块、DSP控制模块、指南针等硬件设备搭建硬件系统,实现了各种运动模式。经联机调试,系统运动灵活,定位和姿态精确,可为其他全向移动平台的设计提供理论与实践的借鉴,也可为控制算法的研究提供硬件条件。

全向自动导引车导向机构设计及其运动控制研究

针对麦克纳姆轮加工复杂,运动效率低,承载能力较弱及容易出现振动、打滑等问题,研发了基于轮毂电机的自动导引车(automatic guided vehicle,AGV)全转向导向机构,并根据该导向机构的控制方式——四轮独立驱动和四轮独立转向(4WID-4WIS)的方式,对该全向AGV进行了运动控制研究。首先,构建了该全转向导向机构的运动学模型,并进行了运动学分析,得出不同转向模式下全向AGV转速与转角之间的关系。其次,为消除该全向AGV移动时产生的路径偏差,提出了基于多步预测最优控制和模糊控制的联合路径跟踪控制技术,以提高控制精度和为路径跟踪提供充足的纠偏能力;进行了转向电机和轮毂电机之间的解耦控制,保证了转向电机和轮毂电机具有良好的输入输出响应。最后,通过实车实验验证了该全转向导向机构具有良好的运动效果,能够满足实际工况的要求,可为AGV在工业领域的应用提供一定的参考。

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。

全向移动机器人编队分布式控制研究

简单介绍了NuBot机器人的两个主要组成部分:全向视觉和全向运动系统,并给出了运动学分析.基于该机器人平台,提出了D-A和D-D控制两种跟踪算法.通过机器人之间的相对定位和局部通信,实现了多机器人编队的分布式控制,同时,该算法可对机器人朝向进行独立控制.针对不同情况下的编队避障问题,提出了编队变形和编队变换两种方法.仿真和实际机器人实验表明,D-A控制方法能够实现平滑的编队变换;编队变形方法能够在尽量保持原始队形的情况下保证编队顺利避障.

三轮全向足球机器人结构设计与系统模型研究

讨论了RoboCup中型组足球比赛中,全向机器人的结构设计及其控制方法,以所设计的三轮驱动的全向机器人为例,对系统进行了运动学以及动力学的分析与建模,最后对系统运动性能进行了分析探讨。

新型履带式全向移动平台设计分析

针对现有轮式全向移动平台普遍具有载重能力差和对地面平整度、清洁度要求高的缺点,设计了一种新型的履带式全向货运平台。平台自重5t、满载8t,对平台进行了履带布局设计、电气设计与参数匹配计算、重心位置设计。载重2t及以下重量的平台能够完成平面内的全向运动,载重2~3t的平台能够完成直行和中心转向运动。

基于ROS和SLAM的全向移动语音机器人设计

针对传统嵌入式单片机控制的移动机器人交互少、自主运行能力不足的问题,设计并构建了语音启动的基于ROS元操作系统的移动机器人系统。以Linux系统的微处理器作为核心控制平台,STM32单片机作为下位机,结合激光雷达、GY 85等器件,根据混合硬件架构思想设计了一款全向移动的智能语音机器人。该机器人利用激光雷达采集环境信息,并用hector SLAM算法进行建图,利用AMCL算法进行定位和导航,并且采用了麦克纳姆轮底盘进行全方位的移动。对机器人的语音交互、实时定位和建图的功能进行了实地实验。实验结果表明,该移动机器人具有良好的语音交互、建图精度和系统特性,可有效完成建图定位和导航功能。

一种新型球形机器人的结构设计

针对目前球形机器人存在的结构复杂,控制困难等问题。在基于重心偏摆与力矩复合驱动的原理上,文章设计了一款控制配重块摆动的新型遥控球形机器人,重点分析其运动原理,建立系统的数学模型,并制作了一台样机。实验测试表明:该球形机器人的结构简单,可实现沿任意曲率的曲线运动以及任意转向的控制,且定位性能和复位性能好。

以用户为中心的最佳位置区域预测

阐述了具有蜂窝网络结构的个人通信系统中,基于考虑静止概率全向运动模型的动态位置管理。首先介绍了全向运动模型及其改进,使之更加符合实际用户的运动特性;在此基础上,提出了一种新型的以用户为中心的位置区域预测方法,通过计算各小区访问概率并选择其中的极大值,预测出以用户为中心的最佳位置区域;文中还提出仿真算法,并举例说明仿真结果。

基于捷联惯导的球形机器人设计与仿真研究

全封闭与全方位运动是球形移动机器人的突出优点,非常适用于一些特定领域。针对目前球形机器人设计中获取信息困难与自主导航难以实现的问题,设计了基于捷联惯导的球形机器人。采用重心偏摆与惯性力矩复合驱动的机械结构,设计以ARM+FPGA为核心的控制系统,基于捷联惯导实现机器人在室外环境的全向运动。对球形机器人进行了动力学分析与控制系统仿真,成功解决了球形机器人在室外的定位与运动控制问题,为球形机器人的实际应用提供了条件。

简易球形机器人的设计与实现

针对现有球形机器人的特点,本文设计了一款简易的球形机器人系统.该系统以51单片机为核心,主要有无线接收模块、电机驱动模块、运动姿态检测模块等组成.系统通过控制左右两个直流电机的转速、转向,可实现球壳的前进、后退以及任意转向的控制.最后,通过试验样机,实现了对球形机器人的无线控制.

双驱动球形机器人的结构设计与分析

本文设计了一种球形机器人,它是通过重心驱动和角动量驱动来实现球体的滚动。机器人的动力部分主要由两个驱动电机和一个转向电机组成,三个电机处于同一水平面上。通过两个驱动电机实现了球形机器人前后向的运动,通过转向电机实现左右转向,包括原地的自转。

Effect of Solving Models on Euler Vectors

In the process of solving Euler vectors based on GNSS horizontal movement field,the number of estimated parameters can affect Euler vector results. This issue is analyzed through theoretical deduction and practical example in this paper. Firstly,the difference between the results of Euler vectors in different solving models is deduced. Meanwhile, based on GNSS horizontal movement field in the Chinese mainland from 2004 to 2007,two common models( RRM and REHSM) are used to discuss the impact of solving models on Euler vectors and the follow-up study. The result shows that the maximum value of the difference in a block's entire rotation can reach 2. 6mm /a,and should not be ignored. Therefore,the results of horizontal movement are different using different kinematic block models,and this should be paid more attention in the analysis of crustal horizontal movement.

基于智能仓储重载AGV运动控制系统研究与实现

自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)是智能仓储系统中的重要的组成部分。然而当前AGV多以轻载为主(1.5T以下),无法满足重载情况需求。由于重载AGV和轻载AGV控制系统在控制性能、安全性能需求上均存在差异,适用于轻载AGV的运动控制方法无法满足重载AGV的要求。为解决此问题,针对智能仓储可靠性高、安全性高、载重性高的需求特点,设计一款实用型全向重载AGV运动控制系统。系统以工业控制计算机为控制核心,采用全向舵轮进行了运动学模型分析搭建和运动解算;并提出一种基于序列磁场比值的模糊PID控制器算法实现轨迹跟踪。为了验证提出算法在全向重载AGV运动控制系统中的安全性、可靠性与载重性能,使用此系统进行实验验证,结果表明其安全性、可靠性、载重性能均可满足智能仓储运输使用需求。

一种多旋翼飞行器的设计及实验验证

传统多旋翼机具有欠驱动特性,且平移、旋转运动均存在强耦合,极大地限制了飞行器的机动性能.为此本文设计了一种具备全向运动、推力矢量控制飞行、倾转悬停功能的多旋翼飞行器.该飞行器结构为正四面体,4个倾转旋翼模组分别固定于该四面体的4个顶点.每个倾转旋翼模组能够提供矢量推力,从结构上实现了飞行器姿态控制和位置控制的解耦,使得飞行器能够实现3维空间中全姿态的轨迹跟踪.为避免欧拉角控制产生的奇异性,设计了基于四元数的姿态控制器.利用可控性原理分析了旋翼发生故障时飞行器的可控性,证明了相比传统飞行器它具有更高的容错性.样机实验测试了该飞行器的大角度复杂机动动作以及推力矢量控制飞行能力,可实现最大70°的倾转悬停.实验结果表明,该飞行器相比于传统的四旋翼飞行器具备更高的机动性.

多飞行器集联平台的设计与轨迹线性化几何控制

将多个无人机组合为“集联”飞行平台,能够解决单一无人机通常存在的欠驱动问题,实现六维全向运动,构建飞行操作平台。同时,多飞行器集联平台相比单一飞行器在带载能力、容错能力等方面具有优势。多飞行器集联平台的设计与控制是这一新型平台实现过程中的关键问题。设计了以三架子飞行器在星形连接形式下的集联平台结构,这一集联形式下,集联平台整体具备同时调整六维位置和姿态的能力。对集联平台整体系统进行动力学建模,进而设计了系统整体的控制器。为简化控制,采用奇异摄动理论的思想将整体系统分离为快变子系统和慢变子系统,其中快变子系统对应子飞行器的姿态运动,慢变子系统对应于集联平台的整体运动。由于飞行器的位形空间位于非欧空间,首次运用流形上的轨迹线性化控制设计了慢变子系统的控制器。基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。采用现场总线技术设计了多个子飞行器间的实时、可扩展通信架构。在此基础上,开发研制了多飞行器集联平台的原理样机软硬件系统。通过仿真测试和样机上的实际飞行测试,验证了集联平台设计与控制方法的有效性。这些工作为发展具备六维全向运动、可拓展的多飞行器集联平台奠定了理论和实验基础。