一种球形轮全向驱动平台的设计研究

设计了一种具有自主动力可实现全向传输的球形轮全向驱动平台。平台由单球形轮模块按照物料输送的要求进行组合,平台上的物料在球形轮的摩擦作用下可按预定轨迹实现全方位输送;详细分析了该平台全向驱动的原理,建立了该平台在输送时的动力学模型,基于所建模型,用ADAMS仿真分析了沿直线和圆弧方向传输时物料质心的运动轨迹,验证了平台动力学模型的正确性与控制算法的可行性。

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。

全向空中作业系统的研究与应用

随着空中作业系统应用领域的不断扩大,传统空中作业系统的一些问题逐渐暴露在人们的视野中,比如稳定性不高,会受到外界因素的影响,以及自主性较差。设计一种具有全向驱动能力的空中作业系统,该系统将升力驱动装置与横向驱动装置分离,解决传统空中作业系统因横向移动导致姿态变化的问题,提高了系统执行任务及飞行时的稳定性。

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%。

全向旋翼机械臂设计、建模及动态补偿PID控制

设计了一种新型全向驱动旋翼机械臂系统,研究了其建模方法并提出了基于动态补偿PID的旋翼平台全向驱动控制方法。首先设计并分析了新型全向驱动旋翼机械臂机构;然后采用Craig参数法与递归Newton-Euler方程建立系统运动学与动力学模型,得出了旋翼平台与机械臂间动力学关系;针对旋翼平台全向驱动控制问题提出了动态补偿PID控制方法,最后推导出统一的多旋翼平台驱动力/力矩与转速的耦合矩阵方程实现设计与解耦计算。仿真考虑了随机噪声与扰动、参数不确定性、功率限制等实际问题,结果显示设计的系统能完成传统旋翼机械臂理论上无法完成的全向驱动控制并具有良好的控制品质,与Backstepping方法比较得出,在具有机械臂运动的任务级控制中,动态补偿PID控制有更好的控制精度和更强的扰动抑制能力。动态补偿控制实验验证了方法的实用性与有效性。

强噪声下全驱空中作业平台自抗扰反演控制

针对新型空中作业机器人飞行平台存在的强噪声、扰动、参数不确定性以及全驱控制问题,提出了一种基于动态补偿的自抗扰反演控制方法。首先描述了新型空中作业机器人机构设计。其次,建立了基于Carig与递归Newton-Euler方程的空中作业系统运动学与动力学模型。然后,考虑机械臂对飞行平台的扰动影响,建立了飞行平台全驱控制补偿项,并结合自抗扰控制与反演控制技术分别设计了平台位置与姿态控制器。最后,考虑了随机强噪声与扰动、参数不确定性等实际问题,进行了仿真试验。仿真结果表明,在强噪声与扰动条件下对飞行平台的位置与姿态跟踪控制中,采用所提出的算法后比动态补偿(DC)PID算法的跟踪误差降低了37.9%以上,验证了所提出的控制方法具有噪、扰抑制能力,提高了系统控制精度。

Global Inverse Optimal Tracking Control of Underactuated Omni-directional Intelligent Navigators （ODINs）

This paper presents a design of optimal controllers with respect to a meaningful cost function to force an underactuated omni-directional intelligent navigator （ODIN） under unknown constant environmental loads to track a reference trajectory in two-dimensional space. Motivated by the vehicle＇s steering practice, the yaw angle regarded as a virtual control plus the surge thrust force are used to force the position of the vehicle to globally track its reference trajectory. The control design is based on several recent results developed for inverse optimal control and stability analysis of nonlinear systems, a new design of bounded disturbance observers, and backstepping and Lyapunov＇s direct methods. Both state- and output-feedback control designs are addressed. Simulations are included to illustrate the effectiveness of the proposed results.