Impulsive dynamics and stabilization of a single wheel robot

The impulsive motion of a dynamically stabilized robot—Gyrover, which is a single-wheel gyroscopically stabilized robot is studied. A method based on the D’Alembert-Lagrange principle is proposed to develop the impulsive dynamic model of the single wheel robot. This method that can be used to find ways to investigate a single wheel mobile robot rolling on a rough terrain is tested using the experimental platform Gyrover. The conditions of falling over without actuators are addressed. Simulations that validate the analysis are provided as well.

A Wall Climbing Robot with Two Driven Wheels

A wall climbing robot with two driven wheels and single adhering disk is introduced in this paper. The robot has a compact structure and can be controlled flexibly. This kind of robot will have a wide prospect for application.

融合改进Dijkstra算法和MPC的单舵轮机器人路径规划

为提高单舵轮机器人在路径规划性能和路径跟踪精度,提出一种融合改进Dijkstra算法和MPC的路径规划算法。首先,对比Dijkstra算法和A^(*)算法两种方法获得的路径规划轨迹长度;随后,改进Dijkstra算法,替换与障碍物碰撞的子路径段,并对路径进行平滑优化处理;再者,建立单舵轮机器人数学模型,基于优化后的MPC算法,分别以直线和圆弧路径跟踪进行仿真。仿真实验结果表明,跟踪直线速度从1.19 m/s平稳到达1.91 m/s,角加速度为1 rad/s^(2),跟踪圆弧速度从1.19 m/s增加至2 m/s,角速度平稳变化;最后,通过样机实验结果表明,MPC算法能够使得单舵轮移动机器人运动高度贴合改进的Dijkstra算法路径规划的轨迹,且行驶平稳。

物流仓储中单舵轮叉车机器人的轨迹跟踪研究

针对传统AGV叉车机器人运动控制方案存在的定位精度低和行进轨迹偏差大等问题,提出一种基于双种群蚁群算法的单舵轮叉车机器人运动控制方案.先构建两组坐标系,即全局坐标系和局部坐标系,判断出叉车机器人的相对位置变化,利用所构建的运动学模型和实时通信数据结果,实现对叉车机器人当前位置的准确定位;在最优行进轨迹选择方面,通过划分双种群的策略发挥出精英个体在路径迭代寻优方面的优势,同时通过与主种群之间协同信息素的实时交互,避免精英个体陷入局部最优解,确保精英个体在全局范围选择最优的轨迹路径.实验结果表明:提出的轨迹跟踪方案定位精度偏差值更小,效率高且选择的路径为最短运动轨迹.

单排连续切换全向轮移动机器人的布局方式与运动的稳定性分析

研讨了一种单排的连续切换全向轮及其全方位移动机器人的全向轮布局选择与运动时的稳定性问题,提出了一种单排的连续切换全向轮的结构,并基于此结构建立了移动机器人系统的运动学模型,通过解析系统速度逆雅可比矩阵的秩,得到了系统实现全方位运动的条件,分析给出了实现全方位运动所需的三轮、四轮的布局方式。同时,根据非完整系统的劳斯方程,建立了全向轮机器人的动力学方程,计算了车体在斜坡上运动时不发生后翻和侧翻的条件,并用ADAMS软件进行仿真验证了模型。研究为此类系统的设计和控制提供了理论基础。

具备偏航能力的独轮机器人

针对现有文献对基于独轮机器人的动力学方程得到的状态空间方程有较多不足,其为了简化计算忽略了很多耦合因素的影响,导致系统不可控的问题,在深入分析独轮机器人动力学方程的基础上得到了其状态空间方程,并对各耦合项系数进行修正,确保了系统的可控性.通过设计LQR控制器实现了对独轮机器人的自平衡及偏航控制,并通过仿真和物理实验进行验证,设计了抗干扰实验.结果表明:所得出的状态空间方程是正确的.

基于惯性飞轮的独轮自平衡机器人侧向动力学分析

独轮机器人是一类重要的科学研究型机器人,基于旋转的惯性飞轮的独轮机器人可以实现独轮机器人的侧向平衡。本文单独推导了其侧向动力学方程,分析得出惯性飞轮对独轮机器人侧平衡的动力学影响,通过设计PD控制器和LQR控制器实现了对独轮机器人的侧向平衡控制,并进行了对比。仿真和物理实验均证实了:独轮机器人的滚转角变化量与飞轮的角加速度成正比;旋转飞轮产生的平衡力矩与飞轮的转动加速度方向相反;独轮机器人的滚转角变化量与飞轮的转动惯量正相关。

一维云模型控制器在轮式机器人中的应用

云模型控制理论是智能控制学科的新兴领域,该理论从提出至今,主要以理论研究和仿真实验为主。针对云模型理论的研究现状,提出了基于单片机的一维云模型控制器的设计方法,应用该方法设计的云模型控制器成功地对轮式机器人进行了实时定位控制。实验结果表明,一维云模型控制器可以保证轮式机器人定位系统具有良好的控制性能和较强的干扰性,证明了该设计的有效性和科学性,为今后云模型控制器设计提供了一定的参考。

独轮机器人侧向通道建模与控制

利用拉格朗日建模方法推导出基于惯性飞轮平衡原理的独轮机器人侧向通道动力学方程.在该动力学方程基础上分别设计了PD和LQR两种控制器,并分别进行了仿真和物理实验验证.实验中独轮机器人从侧倾一定角度,在控制的惯性飞轮运动作用下最终回到竖直平衡位置,完成了独轮机器人侧平衡控制目标.仿真和物理实验结果均证明了所建立的动力学方程的正确性和控制器的有效性.

一维云模型控制器在平衡控制系统中的应用

云模型控制理论是智能控制学科的新兴领域,该理论从提出至今,主要以理论研究和仿真实验为主。针对云模型理论的研究现状,提出了基于单片机的一维云模型控制器的设计方法,应用该方法设计的云模型控制器成功实现了对轮式机器人平衡系统的控制。轮式机器人动态平衡实测数据表明,一维云模型控制器可以保证轮式机器人定位系统具有良好的控制性能和较强的干扰性,证明了该设计的有效性和科学性,为今后云模型控制器设计提供了一定的参考。

自动避障三轮管道机器人设计

管道机器人作为一种有效的探测设备,可以深入人类无法到达的狭小空间内执行勘查任务。轮式机器人具有结构简单、运动连续平稳、速度快、可靠性高等诸多优点,因此开发了基于STC系列单片机的三轮轮式结构管道机器人。应用红外传感器电路实现有效避障功能;加入角度传感器模块,确保机器人可以在管道最底端平稳行进;采用脉宽调制技术驱动直流电机,通过改变占空比来控制机器人运动。设计的轮式管道机器人实物具有体积小、可裁剪性强、便捷等特点,能够完成管道内探测、数据收集等功能。

独轮机器人实验平台

独轮机器人融合了机械、电子、计算机、自动控制等多学科知识,开展独轮机器人实验对培养学生综合运用理论知识解决工程实际问题的能力具有重要的推动作用。针对“移动机器人与智能技术”课程教学需要,开发了由独轮机器人、上位机调试软件和“8”字形轨道组成的独轮机器人实验平台。实验验证了机器人机械结构设计、硬件电路设计、控制算法以及软件设计的可行性、有效性。利用该实验平台开设了独轮机器人拆装与设计,控制电路设计与测试,上位机软件开发与调试,横滚、俯仰平衡控制,转向循迹控制等实验项目。通过该课程的学习,学生在智能机器人领域的系统设计和创新实践能力得到了明显提高。

独轮机器人质心参数对侧向控制影响的研究

研究独轮机器人的侧向控制问题,用LQR控制器控制独轮机器人的侧向平衡。为提高驱动系统的参数指标,如选择最大输出力矩和额定转速更大的电机,同时选择减速比更小的减速器。然而这会增加能量消耗,不利于长时间续航;高速运转会增加独轮机器人的振动频率,不利于平衡控制。为了解决上述问题,提出降低独轮机器人的总质心以增大侧向倾角的可控范围的方法。侧向倾角的可控范围增大,用数值仿真对两种方法进行了对比分析。结果表明,所需电机的额定转速高达20000r/min,减速器的减速比低至1:42,改变为电机的额定转速只需要3000r/min,减速器的减速比为1:16。可得出的结论为降低独轮机器人的总质心可以增大侧向倾角的可控范围,为控制系统设计提供了参考。

双轮驱动智能小车循迹算法研究

循迹是智能机器人小车所有动作的基础,循迹算法决定了循迹的准确性和稳定性。白条跟踪和十字交叉点检测是基于16路光电传感器的循迹小车的两大基本功能,通过对该两大功能的实现算法进行详细的分析研究及验证,提出一种全程高速扫描累计十字点PID控制算法。实验证明,此算法循迹稳定,对十字交叉点的检测准确。

基于电磁感应的力矩发生装置研究

为解决独轮机器人、导弹、卫星及航天器等欠驱动系统的欠驱动难题,本文提出一种基于电磁感应的力矩发生装置.该装置是在经典电磁学理论支持下的研究成果,文中详述了装置的原理和具体设计的技术方案,并通过实验进行验证.本文提出的力矩发生装置的显著优势是所提供的力矩大小正比于速度项,方便用伺服电机进行精确控制,而且具有节能、无噪声的优点.在独轮机器人侧向和偏航控制中良好表现,进一步表明本文提出的力矩发生装置是实用和有效的.

水平陀螺结构独轮自平衡机器人研究

提出了一种新型独轮机器人。该独轮自平衡机器人具有单一水平陀螺结构,首先利用陀螺的定轴性和稳定性使一个二维倒立不稳定系统变为一个二维准稳定系统,然后根据进动原理,采用旋转配重法对系统进行失衡修正,使系统具有很强的抗扰动能力。重点研究了该独轮机器人姿态的失衡与恢复状态。实验模型机实现了独轮机器人的定点自稳定,姿态失衡恢复,以及行走、转向功能。

云控制器在机器人平衡系统中应用与研究

针对云模型理论的研究现状,提出了基于单片机一维云模型控制器的设计方法,应用该方法设计的云模型控制器成功地实现了对轮式机器人动态倒立的平衡控制,同时比较了三规则云模型控制器和五规则控制器对系统的性能影响。实验结果表明,该云模型控制器可以保证轮式机器人倒立平衡系统具有良好的控制性能和较强的抗干扰性,并证明拟合人类思维更好的五规则控制器具有更好的控制效果,为以后规则云模型控制器设计提供了参考。

移动机器人行走机构

简单介绍了当今主流移动机器人行走机构的主要类型,具体分析了各类移动机器人的工作原理及优缺点。列举了国内外实例,对各类移动机器人的适用范围进行了具体分析。

救援机器人主动悬架仿真与优化

目的:针对轮式救援机器人在执行救援任务时常表现出地形适应能力不足、自身姿态不稳等问题,设计出一种可调节自身姿态的单纵臂式主动悬架。方法:在单纵臂式悬架的基础上使用电动推杆对悬架行程与位置进行主动调节,当车身发生倾斜时能够主动对车身姿态进行调节,使车身姿态平衡。利用ADAMS软件对该悬架进行虚拟建模,并根据车体与使用环境要求设置约束条件与目标函数,对电动推杆推力、弹簧刚度与阻尼进行优化。结果:优化后电动推杆推力、螺旋弹簧减震器刚度和阻尼都有明显减小,旋转轴处所受扭矩变化幅度也减小。结论:该悬架机械结构简单、拆卸方便,可有效提升救援机器人的稳定性和越障能力,扩大救援机器人的应用范围。

轮式移动机器人文献综述

根据车轮数目对轮式移动机器人进行了归类,分析了各类轮式移动机器人的研究现状,讨论了各类轮式移动机器人的移动机构及控制方式,对各类轮式移动机器人的性能、运动学分析方法和动力学建模方法进行了比较,总结了轮式移动机器人的发展方向。