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Autonomous trajectory tracking control method for an agricultural robotic vehicle
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作者 Jin Yan Wenguang Zhang +3 位作者 Yong Liu Wei Pan Xiaoyu Hou Zhiyu Liu 《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》 SCIE 2024年第1期215-224,共10页
To address the nonlinearities and external disturbances in unstructured and complex agricultural environments,this paper investigates an autonomous trajectory tracking control method for agricultural ground vehicles.F... To address the nonlinearities and external disturbances in unstructured and complex agricultural environments,this paper investigates an autonomous trajectory tracking control method for agricultural ground vehicles.Firstly,this paper presents the design and implementation of a lightweight,modular two-wheeled differential drive vehicle equipped with two drive wheels and two caster wheels.The vehicle comprises drive wheel modules,passive wheel modules,battery modules,a vehicle frame,a sensor system,and a control system.Secondly,a novel robust trajectory tracking method was proposed,utilizing an improved pure pursuit algorithm.Additionally,an Online Particle Swarm Optimization Continuously Tuned PID(OPSO-CTPID)controller was introduced to dynamically search for optimal control gains for the PID controller.Simulation results demonstrate the superiority of the improved pure pursuit algorithm and the OPSO-CTPID control strategy.To validate the performance,the vehicle was integrated with a seeding and fertilizing machine to realize autonomous wheat seeding in an agricultural environment.Experimental outcomes reveal that the vehicle of this study completed a seeding operation exceeding 1 km in distance.The proposed method can robustly and smoothly track the desired trajectory with an accuracy of less than 10 cm for the root mean square error(RMSE)of the curve and straight lines,given a suitable set of parameters,meeting the requirements of agricultural applications.The findings of this study hold significant reference value for subsequent research on trajectory tracking algorithms for ground-based agricultural robots. 展开更多
关键词 trajectory tracking autonomy control agricultural robotic vehicle online PSO continuously tuned PID dynamic pure pursuit algorithm
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Parameter Identification and Application of Slippage Kinematics for Tracked Mobile Robots 被引量:1
2
作者 Hongyang Liu Jianzhong Wang Jian Gao 《Journal of Beijing Institute of Technology》 EI CAS 2019年第4期687-695,共9页
A new parameter identification method is proposed to solve the slippage problem when tracked mobile robots execute turning motions.Such motion is divided into two states in this paper:pivot turning and coupled turning... A new parameter identification method is proposed to solve the slippage problem when tracked mobile robots execute turning motions.Such motion is divided into two states in this paper:pivot turning and coupled turning between angular velocity and linear velocity.In the processing of pivot turning,the slippage parameters could be obtained by measuring the end point in a square path.In the process of coupled turning,the slippage parameters could be calculated by measuring the perimeter of a circular path and the linear distance between the start and end points.The identification results showed that slippage parameters were affected by velocity.Therefore,a fuzzy rule base was established with the basis on the identification data,and a fuzzy controller was applied to motion control and dead reckoning.This method effectively compensated for errors resulting in unequal tension between the left and right tracks,structural dimensions and slippage.The results demonstrated that the accuracy of robot positioning and control could be substantially improved on a rigid floor. 展开更多
关键词 tracked mobile robot tracked vehicle kinematics model slippage parameters fuzzy controller
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A Nonlinear Optimal Control Approach for Tracked Mobile Robots 被引量:2
3
作者 RIGATOS Gerasimos 《Journal of Systems Science & Complexity》 SCIE EI CSCD 2021年第4期1279-1300,共22页
The article proposes a nonlinear optimal(H-infinity)control approach for the model of a tracked robotic vehicle.The kinematic model of such a tracked vehicle takes into account slippage effects due to the contact of t... The article proposes a nonlinear optimal(H-infinity)control approach for the model of a tracked robotic vehicle.The kinematic model of such a tracked vehicle takes into account slippage effects due to the contact of the tracks with the ground.To solve the related control problem,the dynamic model of the vehicle undergoes first approximate linearization around a temporary operating point which is updated at each iteration of the control algorithm.The linearization process relies on first-order Taylor series expansion and on the computation of the Jacobian matrices of the state-space model of the vehicle.For the approximately linearized description of the tracked vehicle a stabilizing H-infinity feedback controller is designed.To compute the controller’s feedback gains an algebraic Riccati equation is solved at each time-step of the control method.The stability properties of the control scheme are proven through Lyapunov analysis.It is also demonstrated that the control method retains the advantages of linear optimal control,that is fast and accurate tracking of reference setpoints under moderate variations of the control inputs. 展开更多
关键词 Approximate linearization global asymptotic stability H-infinity control Jacobian matrices Lyapunov analysis nonlinear optimal control Taylor series expansion tracked robotic vehicle
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基于ROS架构的叉车型AGV控制系统设计开发研究
4
作者 刘光印 钱东海 +1 位作者 肖子鸣 王志国 《自动化与仪表》 2024年第5期34-39,共6页
针对叉车型AGV开发成本高、系统封闭、可拓展性差的问题,该文基于开源机器人操作系统(ROS),设计了一套新的控制系统。该控制系统采用双层控制架构,通过模块化的设计思想实现了控制平台的搭建。其中,上层控制器采用装有Linux操作系统和RO... 针对叉车型AGV开发成本高、系统封闭、可拓展性差的问题,该文基于开源机器人操作系统(ROS),设计了一套新的控制系统。该控制系统采用双层控制架构,通过模块化的设计思想实现了控制平台的搭建。其中,上层控制器采用装有Linux操作系统和ROS的嵌入式工控机实现叉车型AGV的即时定位与建图(SLAM)及路径跟踪功能;下层控制器采用西门子PLC实现对I/O信号的采集,以及通过CAN网络实现对舵轮的行走与转向控制及信息采集、对电源系统实现监控、对货叉起升高度检测,同时可以与车间调度计算机通过无线网络进行AGV调度与在线监控。 展开更多
关键词 叉车型AGV 控制系统 机器人操作系统 SLAM 路径跟踪
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基于迭代学习的农业车辆路径跟踪控制 被引量:21
5
作者 卜旭辉 侯忠生 +1 位作者 余发山 付子义 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第2期368-372,共5页
由于农作物的播种、收获、除草和农药化肥喷洒具有周期性的特点,农业车辆在执行农田作业时具有较强的重复性.基于迭代学习控制(Iterative learning control,ILC)方法研究农业车辆的路径跟踪问题,建立了农业车辆的两轮移动机器人运动学模... 由于农作物的播种、收获、除草和农药化肥喷洒具有周期性的特点,农业车辆在执行农田作业时具有较强的重复性.基于迭代学习控制(Iterative learning control,ILC)方法研究农业车辆的路径跟踪问题,建立了农业车辆的两轮移动机器人运动学模型,设计了车辆路径跟踪的迭代学习控制算法,并基于压缩映射方法理论上证明了算法的收敛性.研究表明,迭代学习控制可有效利用农业车辆运行的重复信息,实现车辆期望路径有限区间内的高精度完全跟踪控制.仿真示例验证了本文方法的有效性. 展开更多
关键词 迭代学习控制 农业车辆 移动机器人 路径跟踪
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基于视野状态分析的机器人路径跟踪智能预测控制 被引量:16
6
作者 武星 楼佩煌 杨雷 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期357-364,共8页
为视觉导航自动导引车(AGV)的路径跟踪提出一种基于视野状态分析的智能预测控制模型。以最优偏差状态转化策略取代二次型指标函数对预测控制目标的描述,避免了纯代数优化方法面临的参数选择难题。提出一种同步控制算法,用于完全消除理... 为视觉导航自动导引车(AGV)的路径跟踪提出一种基于视野状态分析的智能预测控制模型。以最优偏差状态转化策略取代二次型指标函数对预测控制目标的描述,避免了纯代数优化方法面临的参数选择难题。提出一种同步控制算法,用于完全消除理想纠偏状态的两种路径偏差并维持无偏差跟踪状态。对于其它状态,则采取假设—预测—调整的迭代算法,以实现状态转化的协调性。数值仿真和实验证明,在不同偏差状态和速度下,该算法都能产生可实现的速度差控制量,同步、快速和平稳地消除两种路径偏差,而且,该算法计算量小,可满足嵌入式控制系统实时处理的要求。 展开更多
关键词 自动导引车(AGV) 预测控制 智能控制 路径跟踪 移动机器人
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自主导航小车(AGV)轨迹跟踪的模糊预测控制 被引量:17
7
作者 史恩秀 黄玉美 +1 位作者 郭俊杰 李铭 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2008年第5期592-596,共5页
针对非完整约束的轮式移动机器人WMR轨迹跟踪问题,以差速驱动式轮式移动机器人XAUT.AGV100为研究对象,对WMR的运动控制问题作了进一步的研究。本文在分析现有移动机器人运动控制方法的基础上,充分利用模糊控制和预测控制的优点,将模糊... 针对非完整约束的轮式移动机器人WMR轨迹跟踪问题,以差速驱动式轮式移动机器人XAUT.AGV100为研究对象,对WMR的运动控制问题作了进一步的研究。本文在分析现有移动机器人运动控制方法的基础上,充分利用模糊控制和预测控制的优点,将模糊控制的思想引入到预测控制中,设计了模糊预测控制算法,并采用此方法控制自主导航小车AGV以提高其轨迹跟踪的快速性和运动的平稳性。理论仿真分析和实验研究均证明,采用所设计的模糊预测方法控制AGV,可有效提高AGV轨迹跟踪的快速性和运动平衡性。 展开更多
关键词 自主导航小车AGV 轨迹跟踪 预测控制 模糊预测控制
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一种新的履带机器车轨迹跟踪控制 被引量:5
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作者 陈峰 桂卫华 +1 位作者 王随平 韩晓英 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2005年第29期187-189,207,共4页
以履带机器车为研究对象,通过对履带机器车轨迹跟踪误差的分析,给出了履带车的内部误差和外部误差的定义。采用交叉耦合控制器对履带车辆的内部误差进行补偿,采用专家模糊控制器对履带机器车的外部控制误差进行补偿,从而实现了履带机器... 以履带机器车为研究对象,通过对履带机器车轨迹跟踪误差的分析,给出了履带车的内部误差和外部误差的定义。采用交叉耦合控制器对履带车辆的内部误差进行补偿,采用专家模糊控制器对履带机器车的外部控制误差进行补偿,从而实现了履带机器车的轨迹跟踪控制。仿真结果验证了该算法的有效性。 展开更多
关键词 履带机器车 交叉耦合 专家模糊 轨迹跟踪控制
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用于驾驶机器人的车速跟踪多机械手协调控制方法 被引量:6
9
作者 陈刚 张为公 +1 位作者 龚宗洋 孙伟 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期651-655,共5页
提出一种用于驾驶机器人的车速跟踪多机械手协调控制方法。建立了驾驶机器人车速跟踪多机械手/腿控制模型,在此基础上设计了驾驶机器人车速跟踪协调控制器,通过油门/离合器协调控制器实现了车辆的平稳起步和平顺换挡,通过发动机/制动器... 提出一种用于驾驶机器人的车速跟踪多机械手协调控制方法。建立了驾驶机器人车速跟踪多机械手/腿控制模型,在此基础上设计了驾驶机器人车速跟踪协调控制器,通过油门/离合器协调控制器实现了车辆的平稳起步和平顺换挡,通过发动机/制动器切换控制器实现了驾驶机器人对给定车速的准确跟踪。实车试验结果表明,提出的方法能合理地协调控制驾驶机器人的油门、制动、离合机械腿和换挡机械手,实现对目标车速的跟踪控制,驾驶机器人完全能够代替试验人员进行各种汽车试验。 展开更多
关键词 汽车驾驶机器人 多机械手 协调控制 车速跟踪
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环卫车辆轨迹跟踪系统的无模型自适应迭代学习控制 被引量:11
10
作者 姚文龙 庞震 +1 位作者 池荣虎 邵巍 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期101-108,共8页
针对环卫车辆周期重复性工作特点,考虑模型时变以及未知扰动问题,提出一种基于无模型自适应迭代学习的环卫车辆轨迹跟踪控制方法.首先,针对环卫车辆建立了两轮移动机器人的运动学模型,然后,给出带时变参数和非线性不确定项的迭代域下全... 针对环卫车辆周期重复性工作特点,考虑模型时变以及未知扰动问题,提出一种基于无模型自适应迭代学习的环卫车辆轨迹跟踪控制方法.首先,针对环卫车辆建立了两轮移动机器人的运动学模型,然后,给出带时变参数和非线性不确定项的迭代域下全格式动态线性化数据模型,引入时间差分估计算法,设计基于最优性能指标的轨迹跟踪无模型自适应迭代学习控制方法,并进行仿真分析.结果表明,环卫车轨迹跟踪系统车身角随迭代增加超调减小,与传统迭代学习控制算法相比,具有松弛的条件限制和较好的鲁棒性,同时提高了控制系统精度. 展开更多
关键词 环卫车辆 移动机器人 轨迹跟踪 无模型自适应控制 迭代学习控制 扰动
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汽车驾驶机器人模糊车速跟踪控制方法 被引量:4
11
作者 陈刚 张为公 常思勤 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期226-231,共6页
为了实现汽车驾驶机器人在各种工况下对给定车速的准确跟踪,提出了一种驾驶机器人模糊车速跟踪控制方法。驾驶机器人根据试验循环工况规定的目标车速和实时采集到的试验车辆车速解算出车速误差和车速误差变化率,经过模糊推理得到驾驶机... 为了实现汽车驾驶机器人在各种工况下对给定车速的准确跟踪,提出了一种驾驶机器人模糊车速跟踪控制方法。驾驶机器人根据试验循环工况规定的目标车速和实时采集到的试验车辆车速解算出车速误差和车速误差变化率,经过模糊推理得到驾驶机器人油门、制动、离合器机械腿和换挡机械手的下压或回收运动差值,从而实现驾驶机器人的精确定位控制。试验结果表明,试验条件的变化对模糊车速跟踪控制的影响不大,该方法具有较强的抗干扰能力,能够准确跟踪给定的目标车速,跟踪精度满足要求。 展开更多
关键词 汽车试验 驾驶机器人 车速跟踪 模糊控制
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两轮智能车跟踪控制系统的研究 被引量:5
12
作者 陈梅 陈艳燕 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期319-324,427,共7页
自平衡式两轮机器人是多变量、强耦合对象,文章针对斜坡上的两轮智能车的目标跟踪问题,设计了基于T-S模糊控制器的跟踪控制系统,该系统包括底层平衡控制器、底层转弯控制器和全局运动控制器。底层的平衡控制应用T-S模糊控制器,并利用LQ... 自平衡式两轮机器人是多变量、强耦合对象,文章针对斜坡上的两轮智能车的目标跟踪问题,设计了基于T-S模糊控制器的跟踪控制系统,该系统包括底层平衡控制器、底层转弯控制器和全局运动控制器。底层的平衡控制应用T-S模糊控制器,并利用LQR线性控制器来简化控制器的参数设计。底层转弯控制器采用PI算法,在此基础上运用李雅普诺夫函数方法,进行了全局运动控制器的设计,得出了具有全局渐近稳定的控制律。最后通过仿真验证了该方法的正确性和可行性。 展开更多
关键词 机器人 模糊控制 两轮智能车 目标跟踪
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汽车实验用转向机器人轨迹规划 被引量:4
13
作者 赵书尚 余欢 李阁强 《中国工程机械学报》 北大核心 2018年第2期153-157,163,共6页
针对汽车操纵稳定性实验中的蛇行试验,为解决多约束条件下汽车实验用转向机器人生成满足实验条件轨迹的问题,研究车辆运动学模型特性,采用序列二次规划方法,以最优化轨迹的综合性能为目标,规划出满足运动学约束、速度约束、目标状态约... 针对汽车操纵稳定性实验中的蛇行试验,为解决多约束条件下汽车实验用转向机器人生成满足实验条件轨迹的问题,研究车辆运动学模型特性,采用序列二次规划方法,以最优化轨迹的综合性能为目标,规划出满足运动学约束、速度约束、目标状态约束以及曲率连续约束的最优实验轨迹.设计模糊PID控制器,在人为控制的车速发生波动时前轮转角可进行相应调整.利用Simulink-CarSim搭建车辆模型以及轨迹规划模型,进行路径跟踪实验仿真.仿真实验结果表明,所提出的轨迹规划方法与控制方法能够生成满足车辆运动连续性要求和各项约束条件的平滑轨迹,且轨形跟踪效果较好. 展开更多
关键词 转向机器人 轨迹规划 序列二次规划 模糊PID控制器 Simulink-CarSim 路径跟踪
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驾驶机器人车辆的多模式切换控制 被引量:6
14
作者 吴俊 陈刚 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第10期1215-1222,共8页
为实现不同驾驶工况下精确的车速与轨迹跟踪,提出了一种驾驶机器人车辆多模式切换控制方法。通过分析驾驶机器人操纵自动挡车辆踏板与转向盘的运动,建立了驾驶机器人加速与制动机械腿和转向机械手的运动学模型和车辆纵横向动力学模型。... 为实现不同驾驶工况下精确的车速与轨迹跟踪,提出了一种驾驶机器人车辆多模式切换控制方法。通过分析驾驶机器人操纵自动挡车辆踏板与转向盘的运动,建立了驾驶机器人加速与制动机械腿和转向机械手的运动学模型和车辆纵横向动力学模型。在此基础上,设计了加速/制动机械腿切换控制器、模糊PID/模糊PID+Bang-Bang车速切换控制器和模糊PID/模糊PID+Bang-Bang转向切换控制器。加速/制动机械腿切换控制器以目标车辆加速度为切换规则,协调控制加速和制动机械腿,车速切换控制器以车速误差作为Bang-Bang控制器的模式决策准则和模糊PID控制器的输入,转向切换控制器以轨迹跟踪侧向误差作为Bang-Bang控制器的模式决策输入,并以当前与下一个控制时刻横摆角速度之差作为模糊PID控制器的输入。仿真和试验结果验证了所提出方法的有效性。 展开更多
关键词 汽车 驾驶机器人 车速跟踪 轨迹跟踪 多模式切换控制
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水产养殖机器鱼设计与三维路径跟踪控制 被引量:4
15
作者 王懿偲 夏英凯 +2 位作者 朱明 曾鑫 齐湘洪 《华中农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期259-270,共12页
为方便监测水质与水下鱼群活动,本研究设计了一款面向全水域实时监测的水产养殖机器鱼,并搭建了机器鱼控制系统,开展了机器鱼三维路径跟踪控制研究。在Serret-Frenet坐标系下建立了机器鱼三维空间路径跟踪误差模型,并基于LOS制导律和李... 为方便监测水质与水下鱼群活动,本研究设计了一款面向全水域实时监测的水产养殖机器鱼,并搭建了机器鱼控制系统,开展了机器鱼三维路径跟踪控制研究。在Serret-Frenet坐标系下建立了机器鱼三维空间路径跟踪误差模型,并基于LOS制导律和李雅普诺夫理论设计了一种模糊滑模控制器,最后利用Matlab仿真对本研究提出的控制算法的有效性进行验证。仿真结果表明:所设计的控制器能使机器鱼在模型参数不确定性、外部干扰未知的情况下实现三维路径跟踪控制,其控制精度和鲁棒性明显优于常规PID与滑模控制器。 展开更多
关键词 仿生机器鱼 三维路径跟踪 模糊滑模控制 运动控制 AUV 智能养殖装备 水下机器人
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基于DQN的自动驾驶机器人速度跟踪控制 被引量:2
16
作者 郝高峰 付庄 郑辉 《机械与电子》 2020年第9期50-53,64,共5页
由于汽车传动模型的复杂性、延迟性和踏板的死区特性,现有的基于传统控制理论和车辆模型的方法很难达到理想的控制效果。为解决这个问题,构建了一种基于DQN的速度跟踪算法,基于马尔可夫性设计了状态空间、动作空间,并根据超差规则设计... 由于汽车传动模型的复杂性、延迟性和踏板的死区特性,现有的基于传统控制理论和车辆模型的方法很难达到理想的控制效果。为解决这个问题,构建了一种基于DQN的速度跟踪算法,基于马尔可夫性设计了状态空间、动作空间,并根据超差规则设计奖赏函数。通过批量真车转鼓试验对所建立的速度跟踪算法进行了验证,结果表明:算法模型可有效控制踏板进行速度跟踪;从零开始,只需4~5轮训练即可满足超差数要求;与基于传统控制理论的方案相比,具有超差数更少、速度更平稳、无需专业人员调试等优势。 展开更多
关键词 自动驾驶机器人 强化学习 车速跟踪控制
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驾驶机器人纵向操纵的自适应模型预测控制
17
作者 曾小杰 陈刚 +1 位作者 王陶 王良模 《重庆理工大学学报(自然科学)》 CAS 北大核心 2022年第1期113-119,共7页
为减小道路阻力变化对驾驶机器人纵向操纵的影响,提出了驾驶机器人纵向操纵的自适应模型预测控制方法。建立了不同操纵模式驾驶机器人车辆耦合模型,基于耦合模型设计了模型预测控制器和模式切换控制器,并采用带遗忘因子的递推最小二乘... 为减小道路阻力变化对驾驶机器人纵向操纵的影响,提出了驾驶机器人纵向操纵的自适应模型预测控制方法。建立了不同操纵模式驾驶机器人车辆耦合模型,基于耦合模型设计了模型预测控制器和模式切换控制器,并采用带遗忘因子的递推最小二乘算法设计道路滚阻系数估计器。通过仿真与试验得出,该控制方法能抵抗道路滚阻系数扰动带来的影响,纵向车速跟踪误差在±2 km/h,实现了精准驾驶机器人纵向操纵。 展开更多
关键词 驾驶机器人 自适应模型预测控制 纵向操纵 车速跟踪
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Hierarchy-Based Adaptive Generalized Predictive Control for Aerial Grasping of a Quadrotor Manipulator 被引量:3
18
作者 SONG Xueqian HU Shiqiang 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2019年第4期451-458,共8页
In this paper, an adaptive generalized predictive control(GPC) based on hierarchical control strategy is designed for a quadrotor with a robotic arm. For this nonlinear and coupled system, a two-layer control structur... In this paper, an adaptive generalized predictive control(GPC) based on hierarchical control strategy is designed for a quadrotor with a robotic arm. For this nonlinear and coupled system, a two-layer control structure is adopted to achieve more precise trajectory tracking and keep the tracking performance after aerial grasping.The inner-layer controller is a proportional-derivative(PD) controller. The outer-layer subsystem is linearized by input-output linearization first and an adaptive generalized predictive controller is applied. The effectiveness of this approach is verified through the simulation using MATLAB/Simulink. A PD controller with feedforward control input is applied on such a system for a comparative study. Simulation results show that a better tracking performance can be achieved by the proposed strategy. 展开更多
关键词 unmanned aerial vehicle robotic arm predictive control trajectory tracking
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