一种新型的移动机器人轨迹跟踪控制方法

主要是对非完整约束下移动机器人的轨迹跟踪控制进行了研究,提出了一种新型的基于移动机器人运动模型、具有全局渐近稳定性的跟踪控制方法。这种非线性控制方法主要分为前馈和反馈两个部分：前馈部分是一种滑模控制器,它是基于反演设计的思想设计了切换函数,采用指数趋近律,减少了滑模变结构控制的抖动,并使用Lyapunov第一法对控制系统进行了稳定性分析,证明了滑模跟踪控制器是稳定的;反馈部分是基于Lyapunov函数的方法设计的反馈控制器。通过前馈部分和反馈部分的相互作用,提高了移动机器人轨迹跟踪控制的精度。实验结果表明与一般的跟踪控制方法相比,控制效果明显改善,跟踪误差能在较短时间内收敛,具有很好的抗干扰性能。     

非完整四轮式移动机器人反演轨迹跟踪控制

根据非完整约束的四轮式移动机器人的运动学模型,对其轨迹跟踪控制策略进行了深入研究;采用反演控制的相关理论和方法,设计了移动机器人轨迹跟踪控制策略;该控制策略将系统分解为低阶子系统来进行处理,利用中间虚拟控制量和部分Lyapunov函数简化了控制器设计,并且具有全局渐近稳定性;此外,在控制策略中对相应的控制量设置了阈值,保证了移动机器人运动的平滑性;最后,对所设计控制器的稳定性和平滑性进行了仿真实验,验证了其正确性和有效性。     

非完整移动机器人道路跟踪控制器设计及应用

讨论一类非完整约束条件下的移动机器人道路跟踪控制问题，综合后推方法与模糊滑模控制方法设计非完整移动机器人的状态反馈控制系统，并根据Lyapunov稳定性定理后推设计时变光滑反馈控制律，当存在较大侧向误差时，模糊滑模控制器确保移动机器人沿稳定的工作区域减小误差；当误差比较小时，时变光滑状态反馈控制实现对移动机器人的平稳镇定，采用移动机器人Amigobot作为实验平台，验证了控制器设计的有效性。     

移动机器人的全局轨迹跟踪控制

考察了移动机器人的轨迹跟踪问题,针对以前沿袭线性化的思路设计的控制律带来 的局部稳定特性,基于后退(backstepplng)方法的思想设计了具有全局渐近稳定的跟踪控制 器.该方法将系统分解为低阶子系统来处理,利用中间虚拟控制量和部分Lyapunov函数简 化了控制器的设计并具有直观的稳定性分析.仿真结果验证了所设计控制器的有效性.     

滑动及侧滑影响下的移动机器人轨迹跟踪控制

对受滑动及侧滑影响的移动机器人轨迹跟踪控制问题进行研究。在动力学部分,通过模糊系统逼近系统中的未知非线性,H_∞控制对滑动和侧滑干扰因素的补偿,利用Lyapunov函数推导出模糊参数的自适应律,设计出基于动力学的自适应模糊控制器。在运动学部分,设计逆运动学控制器,处理移动机器人实际位置与期望位置的误差,得到移动机器人运动的期望速度。将逆运动学控制器与自适应模糊控制器级联,并通过Lyapunov方法证明控制系统的稳定性。与自适应动力学控制器进行比较。仿真结果表明:在滑动及侧滑的影响下提出的策略具有较好的轨迹跟踪性能。     

不确定非完整移动机器人的轨迹跟踪控制

具有未校准视觉参数的非完整移动机器人的运动学系统具有参数不确定性,较一般的运动学系统更加复杂.基于视觉反馈、Barbalat's定理和Lyapunov直接方法,研究了具有未标定摄像机参数的非完整移动机器人的轨迹跟踪问题.首先,利用固定在天花板上的针孔摄像机透视投影模型,提出了一种新的基于视觉伺服的移动机器人运动学跟踪误差模型;基于这个模型,提出了一种新的与未知视觉参数无关的动态反馈跟踪控制器.该控制器不仅保证系统的状态渐近跟踪给定参考轨迹,而且控制器是全局的,通过Lyapunov方法严格证明了闭环系统的稳定性.在惯性系和图像坐标系下讨论跟踪问题,使问题变的简单且设计的控制器更加有用.最后,仿真结果证实了所提出的控制器的有效性.     

改进的Backstepping在移动机器人轨迹跟踪中的应用

以四轮移动机器人的运动学模型为研究对象,基于BackStepping的设计思想,通过构造一种简单的中间虚拟反馈变量,同时结合Lyapunov直接法设计了一种移动机器人轨迹跟踪控制律,并证明了系统在设计控制律下的全局稳定性;但控制律中含有未知参数,不同的参考轨迹都要重新调节才能达到良好的跟踪效果,因此利用极点配置的方法对这些参数进行了优化整定,从而保证了控制器的自适应性;文中以直线和圆为参考轨迹做了仿真实验;仿真结果表明该算法具有快速,精确,全局稳定的良好特性。     

不确定轮式移动机器人的任意轨迹跟踪

本文研究参数不确定轮式移动机器人的任意轨迹跟踪统一控制问题.通过引入坐标变换、输入变换和辅助动态,将机器人模型转换为合适的形式;进而运用Lyapunov方法和自适应技术设计了一种自适应统一控制器,该控制器可以保证跟踪误差全局一致最终有界,且最终界大小可以通过调整控制器参数而任意调节.仿真结果验证了控制律的有效性.     

三轮驱动移动机器人轨迹跟踪控制

针对三轮驱动移动机器人在轨迹跟踪控制过程中运动不平滑的问题,建立了移动机器人在一定运动约束条件下的运动学模型。根据移动机器人位姿误差微分方程的描述,设计了基于后退时变状态反馈方法的移动机器人轨迹跟踪控制器。基于李雅普诺夫方法,对轨迹跟踪控制器的稳定性进行了分析,证明了该控制器能够保证闭环系统全局一致渐进稳定。仿真结果验证了运动学模型的正确性,以及轨迹跟踪控制器的有效性。     

非完整移动机器人轨迹跟踪自适应控制器设计

针对轮式移动机器人的非完整运动学模型,将自适应反演控制技术和李亚普诺夫稳定性理论应用于机器人轨迹跟踪控制,设计了具有全局渐近稳定性的自适应轨迹跟踪控制器,并在Matlab环境下实现了移动机器人对直线和椭圆2种轨迹追踪的仿真实验.实验表明:该控制方法在轨迹跟踪控制中有较好的航向跟踪效果,对机器人非完整系统模型的非线性特性...     

Design of a sliding mode controller for an automatic guided vehicle and its implementation

In this paper, a control scheme that combines a kinematic controller and a sliding mode dynamic controller with external disturbances is proposed for an automatic guided vehicle to track a desired trajectory with a specified constant velocity. It provides a method of taking into account specific mobile robot dynamics to convert desired velocity control inputs into torques for the actual mobile robot. First, velocity control inputs are designed for the kinematic controller to make the tracking error vector asymptotically stable. Then, a sliding mode dynamic controller is designed such that the mobile robot’s velocities converge to the velocity control inputs. The control law is obtained based on the backstepping technique. System stability is proved using the Lyapunov stability theory. In addition, a scheme for measuring the errors using a USB camera is described. The simulation and experimental results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed controller.     

Motion control of an omnidirectional mobile platform for trajectory tracking using an integral sliding mode controller

In this paper, a new tracking controller that integrates a kinematic controller (KC) with an integral sliding mode dynamic controller (ISMC) is designed for an omnidirectional mobile platform (OMP) to track a desired trajectory at a desired velocity. First, a posture tracking error vector is defined, and a kinematic controller (KC) is chosen to make the posture tracking error vector convergent to zero asymptotically. Second, an integral sliding surface vector is defined based on the angular velocity tracking error vector and its integral term. An integral sliding mode dynamic controller (ISMC) is designed to make the integral sliding surface vector and the angular velocity tracking error vector convergent to zero asymptotically. The above controllers are obtained based on the Lyapunov stability theory. To implement the designed tracking controller, a control system is developed based on PIC18F452. A scheme for measuring the posture tracking error vector using a camera sensor combined with an angular sensor is introduced. The simulation and experimental results are presented to illustrate the effectiveness and applicability of the proposed tracking controller.     

Leader–follower formation control of nonholonomic mobile robots based on a bioinspired neurodynamic based approach

This paper investigates the leader–follower formation control problem for nonholonomic mobile robots based on a bioinspired neurodynamics based approach. The trajectory tracking control for a single nonholonomic mobile robot is extended to the formation control for multiple nonholonomic mobile robots based on the backstepping technique, in which the follower can track its real-time leader by the proposed kinematic controller. An auxiliary angular velocity control law is proposed to guarantee the global asymptotic stability of the followers and to further guarantee the local asymptotic stability of the entire formation. Also a bioinspired neurodynamics based approach is further developed to solve the impractical velocity jumps problem. The rigorous proofs are given by using Lyapunov theory. Simulations are also given to verify the effectiveness of the theoretical results.     

基于视觉图像的全向移动机器人轨迹跟踪控制研究

机器人轨迹节点跟踪比较难,导致机器人实际轨迹偏离期望轨迹,所以设计基于视觉图像的全向移动机器人轨迹跟踪控制方法;构建全向移动机器人的运动学数学模型,以此确定机器人移动轨迹数学模型;以移动轨迹数学模型为基础,按照视觉图像划分标准对全向移动机器人运动图像的分割,通过分离目标节点的方式提取运动学特征参量,完成机器人轨迹节点跟踪处理;结合节点跟踪处理结果,将运动学不等式与误差向量作为机器人轨迹跟踪控制的约束条件,利用滑模变结构搭建轨迹跟踪控制模型,实现全向移动机器人轨迹跟踪控制;对比实验结果表明,所设计的方法应用后,全向移动机器人角速度曲线、线速度曲线与期望运动轨迹曲线之间的贴合程度均超过90%,满足全向移动机器人轨迹跟踪控制要求。     

Asymptotic Adaptive Neural Network Tracking Control of Nonholonomic Mobile Robot Formations

In this paper, asymptotically stable control laws are developed for leader–follower based formation control using backstepping in order to accommodate the dynamics of the robots and the formation. First, a kinematic controller is developed around control strategies for single mobile robots and the idea of virtual leaders. The virtual leader is replaced with a physical mobile robot leader, and an auxiliary velocity control law is developed in order to prove the global asymptotic stability of the followers which in turn allows the local asymptotic stability of the entire formation. A novel approach is taken in the development of the dynamical controller such that the torque control inputs for the follower robots include the dynamics of the follower robot as well as the dynamics of its leader, and two cases are considered—the case when the robot dynamics are known and the case when they are unknown. In the first case, a robust adaptive control term is utilized to account for unmodeled dynamics. For the latter, a robust adaptive term is augmented with a NN control law to achieve asymptotic tracking performance in contrast with most NN controllers where a bounded tracking error result is shown. Additionally, the NN approximation error is assumed to be a function of tracking errors instead of a constant upper bound, which is commonly found in the literature. The stability of the follower robots as well as the entire formation is demonstrated in each case using Lyapunov methods and numerical results are provided.     

基于自适应和神经动力学的轮式移动机器人路径跟踪控制(英文)

本文提出一种自适应和神经动力学相结合的轮式移动机器人路径跟踪控制方法.首先,设计运动学控制器用来获得机器人期望速度;其次,考虑机器人动力学模型参数的不确定性,利用模型参考自适应方法来设计动力学控制规律,使得机器人实际速度渐近逼近期望值;再次,为克服速度和力矩的跳变,加入神经动力学模型对控制器进行优化,并且通过Lypunov理论来证明整个控制系统的稳定性;最后仿真结果表明该控制方法的有效性.     

轮式机器人滑模轨迹跟踪控制器设计

轮式机器人是一个典型的非完整性系统。由于非线性和非完整特性,很难为移动机器人系统的轨迹跟踪建立一个合适的模型。介绍了一种轮式机器人滑模轨迹跟踪控制方法。滑模控制是一个鲁棒的控制方法,能渐近的按一条所期望的轨迹稳定移动机器人。以之为基础,描述了轮式机器人的动力学模型并在二维坐标下建立了运动学方程,根据运动学方程设计滑模控制器,该控制器使得机器人的位置误差收敛到零。