复杂干扰下的管沟机器人内外环滑模自抗扰控制

管沟机器人是一种运行在排水管道,公路排水渠的欠驱动差分移动机器人,针对管沟机器人在实际环境中受到的复杂环境干扰,为了使管沟机器人具有更好的运动控制性能,提出了一种内外环的滑模自抗扰控制方法;首先对管沟受到的复杂环境干扰进行分析,将管沟机器人受到的复杂环境干扰解耦成横向和纵向干扰,建立出在干扰情况下的运动学模型;依据理想运动学模型建立出外环的滑模控制器,得出理想控制律,依据干扰运动学模型建立扩张状态观测器,观测出环境干扰数值,从而建立内环的滑模控制器,利用观测值修正外环的理想控制律;同时利用Lyapunov稳定性原理对系统进行分析,最后搭建了Matlab的Simulink模型进行仿真验证,最终证明了所提出的方法具有较强的鲁棒性和运动控制性能。

基于CANopen协议的两轮差速移动机器人电动助力的实现

针对两轮差速移动机器人在满载时质量大、手动移动不便的问题,设计了一种基于CANopen协议的推行助力控制方法。在1个控制周期内检测2个驱动轮码盘的值,计算车体的线速度和角速度,并根据计算结果以及外部开关输入结果判断给2个驱动轮发送力矩的大小和方向,从而实现电动助力的功能。该方法在公司的工业清洁机器人产品的应用效果显著。

改进粒子群算法和动态窗口法的动态路径规划

针对粒子群算法收敛速度慢、精度低以及只适用于静态环境等问题,提出改进粒子群-差分进化和动态窗口法的混合算法.首先利用差分进化算法改进粒子群算法寻优机制,对粒子群算法进行优化,构造新的适应度函数,实现对全局的路径规划;然后,根据生成的路径,提取关键中节点作为动态窗口法的局部目标点,采用动态窗口法进行局部路径规划,使起始航向角继承上一次到达局部目标点的航向角,生成从起始点到目标点的最短且平滑的路径.最后,将所提算法应用于不同试验场景进行路径规划仿真试验,并与现有算法进行对比分析,结果表明所提算法可行性强,具有更高的搜索能力.

基于改进A^(*)算法与优化DWA的差速移动机器人路径规划

为实现差速移动机器人在复杂环境中的特殊路径规划需求,提出一种融合优化A^(*)算法和动态窗口法(DWA)的差速移动机器人路径规划方法。在A^(*)算法启发函数中引入矢量余弦因子,减少无用拓展节点的数量,提高路径搜索效率,并择优选取关键路径节点,消除冗余节点,提升路径平滑性;优化DWA算法的评价函数,选取改进A^(*)算法所规划路径上的关键节点作为局部规划过程中的局部目标点,实现全局规划路径对局部规划路径的修正。仿真实验结果表明:对比传统A^(*)算法,改进A^(*)算法规划的路径长度平均减少了4.97%,计算时间平均减少了30.5%;对比其他融合算法,本文融合算法既可保证规划的路径满足全局最优,又能有效避障,规划路径长度平均减少了3.7%,规划时间平均减少了5.1%。

移动机器人路径规划的改进蚁群优化算法

针对蚁群算法易陷入局部最优的缺点,提出了一种复杂静态环境下移动机器人路径规划的改进蚁群优化算法—差分演化混沌蚁群算法.该算法利用差分演化算法进行信息素的更新,同时对可能出现的停滞现象,在信息素更新时加入了混沌扰动因子,算法还采用了一个新的评价函数;从而增强了算法的逃逸能力,避免了路径死锁现象,也提高了最优路径的搜索效率.仿真结果表明:即使在障碍物非常复杂的环境,本算法仍能快速规划出安全的优化路径.效果令人满意.

差动驱动机器人的一种航迹推算定位方法

文章针对当前差动驱动轮式服务机器人的航迹推算定位精度不足问题,提出一种新的推算方法。该方法通过测量同轴上的2个驱动轮的角速度,利用差动驱动系统的运动规律推算出2个驱动轮的下一个采样时刻的位置。在机器人起始位置已知情况下,该算法可以跟踪和定位机器人一段距离,能有效地辅助和矫正定位有盲区或定位精度不稳定的其它室内定位方法。仿真实验结果表明,该方法定位的误差比当前基于微分方程模型推算定位的误差小。

基于差分进化支持向量机的移动机器人可通过度预测

提出了一种移动机器人可通过度预测方法.给出了基于相对震动强度的可通度描述.通过提取典型地表图像的色彩和纹理特征并测量机器人通过该地表的相对震动强度建立训练样本集.使用差分进化算法优化支持向量机模型参数形成差分进化支持向量机对训练样本和相对震动强度进行拟合.在移动机器人运行过程中,线性分割前方地表图像形成预测子区域,通过提取各子区域内的色彩和纹理特征,利用训练好的差分进化支持向量机进行可通过度预测.考虑到移动机器人运动的柔顺性,给出了带有距离因子的基于可通过度预测值的最优路径方法.实验表明,该方法可以有效地预测复杂地表环境下的移动机器人可通过度.

双差速驱动移动机器人路径跟踪混合控制律研究

针对双差速驱动移动机器人的路径跟踪问题,建立了双输入-双输出的非线性运动学模型并进行了输入-输出线性化,分析了冗余运动约束的速度协同条件,提出了一种融合偏差智能转化评价函数法和指数稳定控制的混合控制律。评价函数法可针对不同的偏差状态智能选择合适的控制量以将其转化到指数稳定控制的适用范围,再通过指数稳定控制实现姿态角偏差和距离偏差向零的同步收敛。数字仿真和实验测试结果表明,该混合控制律可平滑转化偏差状态、同步消除位姿偏差,使移动机器人精确、稳定地跟踪直线和圆弧导引路径。

移动机器人室内无源RFID定位方法及实现

为提高室内机器人的定位精度,提出一种无源RFID的室内移动机器人定位方法。RFID标签采用蜂窝排布模型,提高读卡器检测效率;对RSSI定位方法按工程实际提出了校正模型,同时针对多信标定位最优值寻优的问题,引入微分进化算法对位置坐标进行求解;在(4×4)m^2场地内进行了验证,实验结果表明,较极大似然估计具有更高的定位精度,绝对误差小于10.16 cm;较标准遗传算法能够在更少的迭代步内获得最优值,平均节省37%的计算时间。

世界坐标系下非完整轮式移动机器人转弯轨迹的时域非微分描述方程

为了解决机器人路径规划模块在为非完整轮式移动机器人规划路径时,若要实现规划轨迹平滑且完全满足机器人的运动学约束,则需要精确的机器人工作环境的地图信息,从而大幅度地增加了路径规划算法的计算量的问题,首先利用较为粗略的环境地图信息规划路径,再将机器人转弯部分的路径进行函数插值,使整个路径规划满足机器人运动学约束且计算量增加较少.现有的机器人轨迹描述方程不能满足对机器人转弯轨迹进行精确插值的需要,因此提出分别利用曲线拟合法和泰勒插值法来构建非完整轮式移动机器人转弯轨迹的时域非微分描述方程.实验结果显示,所述机器人轨迹非微分时域描述方程可以用于对机器人路径规划的插值,降低了算法的计算量.

四轮驱动全轮差速转向移动焊接机器人运动学分析与仿真

为增加轮式移动焊接机器人稳定性、负载能力和降低控制复杂度,提出了一种四轮驱动全轮差速转向移动焊接机器人机构,介绍了该机构差速转向原理,证明该机构无转向侧滑。采用非完整约束方法建立了其差速转向误差模型,并在该模型基础上对其进行了直线-圆弧-直线轨迹数值仿真,结果为转角误差0.002 137°,转动中心坐标误差小于0.012mm。仿真结果表明该模型满足焊接中的位置精度要求。

基于双目视觉的机器人运动目标检测与定位

针对移动机器人自定位精度低的问题,提出了先由静止的工作机器人进行自定位,再对运动目标进行检测和定位的方法.基于HSV模型颜色特征,工作机器人分割出人工路标并进行自定位,利用帧间差分法将采集到的视频图像序列中相邻两帧作差分运算,提取出运动目标,并通过双目立体视觉视差原理计算出运动目标的绝对坐标,帮助运动目标完成定位.结果表明,该方法定位精度高于传统的移动机器人自定位的定位精度,且算法的实时性好,具有现实的研究意义.

给定速度需求的移动机器人路径跟踪控制与实验

针对轮式移动机器人给定速度需求的非连续路径跟踪控制问题,将其转换为满足速度约束的轨迹规划和轨迹跟踪控制。首先,针对给定速度需求的路径跟踪问题,以运行时间和能量为优化目标,给定的路径和速度为约束条件,采用五次Bezier样条方法优化得到了满足需求的连续光滑轨迹。其次,利用轮式移动人系统的微分平坦特性,采用微分平坦方法设计前馈控制器;然后,将轮式移动机器人运动学模型在前馈控制的平衡点处进行一阶泰勒展开,得到了线性时变的误差模型,并通过定义新的状态变量,设计了具有Lyapunov稳定性的误差反馈控制器。结合前馈控制和反馈控制得到了二自由度轨迹跟踪控制器。同时将泰勒展开的高阶项考虑为有界的扰动输入,在输入到状态稳定性框架下证明了控制系统的鲁棒稳定性;最后,通过Pioneer 3-dx轮式移动机器人进行了实验验证,实验结果表明,提出的算法能够满足给定速度需求的非连续路径的跟踪控制需求。

两轮小型移动机器人的底层运动控制器设计

描述了一种简单有效的、适用于两轮小型移动机器人的底层运动控制器的具体实现方法,并将底层运动分为4种基本的运动形式进行分段控制,方便高层系统的调用,准确实现了任意要求的运动轨迹和运动姿态,提供了机器人完成复杂任务的基础条件。

差动机构在全方位移动机器人上的应用

提出一个由差动机构组成的全方位移动机器人。该机器人有4组轮,每组包括一个主动轮和一个从动轮,并由同样的差动机构组成。本文阐述了该机器人的机构设计和控制系统,并对其运动学进行了分析。该机器人的特点是能够迅速改变行进方向,包括进行半径为零的原地转弯,具有较好的全方位性。

新型变型移动机器人腿部雅可比矩阵研究

以一种新型变形移动机器人为研究对象,利用矢量积法对变形移动机器人的雅可比矩阵进行了求解,并对矢量积法所求结果进行了数学仿真和三维模型的仿真。文中同时利用微分变换法进行了雅可比矩阵的求解,并利用所求结果对矢量积法进行了再次验证,多重验证与仿真的结果表明雅可比矩阵求解正确。文中所用分析方法可以为机器人运动学分析和实际应用提供较好的方法借鉴。

基于微分进化算法的室内移动机器人路径规划

由于室内空间局限性,造成移动机器人可运行面积冗余度较小。针对此问题,分析移动机器人室内运行特征,建立机器人的里程计模型,提出了一种基于微分进化算法的移动机器人路径规划方法。仿真实验中与基于A*算法的路径规划方法进行了数据对比,结果表明:微分进化算法优于当前工业移动机器人所采用的A*算法。为进一步验证所用算法的实用性,在ROS系统中进行算法移植,运行结果表明,改进后的路径规划方法较ROS系统内嵌A*算法在迭代次数、最优值以及直观的可视路径上均具有较明显的优势。

差速驱动轮式移动机器人路径规划新策略

针对差速驱动型轮式移动机器人的特点,并依据Hermite多项式的特性,提出了基于Her-mite插值的轮式移动机器人(WMR)路径规划方法。仿真结果表明,采用所设计的路径规划方法为WMR进行路径规划,在确保它平稳跟踪规划路径的同时,可保证WMR以要求的姿态到达目标点。在此基础上,将该方法应用于自主研制的轮式移动机器人XAUT.AGV100上进行了实验研究。实验结果验证了仿真结果的正确性。采用所设计的路径规划方法对移动机器人进行路径规划时,在保证它以要求的姿态准确到达目标点的前提下,有效地提高了移动机器人路径跟踪的运动平稳性。

双轮差速移动机器人轨迹跟踪混合控制算法研究

针对双轮差速移动机器人轨迹跟踪问题,提出一种基于前馈运动学和带有干扰观测器的解耦动力学的混合控制算法。首先,对双轮差速移动机器人的运动学、动力学以及位姿误差进行数学建模。其次,为保证移动机器人轨迹跟踪的快速收敛,采用前馈控制并结合位姿误差设计出运动学控制器;为保证移动机器人在速度上的跟踪性能,采用前馈解耦补偿器,加入干扰观测器,运用具有积分链式结构的微分器,设计出动力学控制器;将动力学控制器加入到运动学控制器中,设计了前馈运动学和带有干扰观测器的解耦动力学的混合控制器,并用Lyapunov函数直接法证明了系统的收敛性和稳定性。最后,通过仿真和样机验证,机器人稳定运行时左右摆差可达±9mm,证明了该混合控制算法的有效性和可行性。

一种差速驱动机器人路径控制方法

文章介绍了目前移动机器人中广泛采用的差速驱动方式的结构和原理,并对其运动学进行了分析,设计了基于8051F的差速驱动机器人控制系统,使其具有位姿检测、直线运动、圆弧运动、障碍物检测等功能。系统通过控制机器人的线速度和姿态角的变化率,实现机器人以直线和圆弧的方式从任意位姿到达另一位姿。