微小型履带式机器人路径跟踪控制器设计

根据履带式机器人运动学特性与轮式机器人的关系,给出了履带式微小型机器人的路径跟踪控制器,利用Lyapunov稳定判据证明其全局稳定性。在控制器的设计中考虑了履带-地面作用,引入参数对其描述。考虑了左右履带的速度以及加速度限制,以保证跟踪轨迹的平滑。仿真实验与实际实验验证了该方法具有控制精确,全局稳定收敛与简单实用的优点。     

基于反步法的移动机器人鲁棒跟踪控制

以四轮移动机器人为研究对象,建立了机器人完整的数学模型,包括运动学模型、动力学模型以及驱动电机模型。在机器人数学模型的基础上,采用反步法的思想设计具有全局收敛特性的鲁棒轨迹跟踪控制器,设计中考虑了驱动电机模型使控制器更符合实际控制要求,并将其分解为运动学控制器、动力学控制器以及电机控制器三部分,降低了控制器设计的难度。构造了系统的李雅普诺夫函数,证明了该类型移动机器人在所得控制器作用下,能实现对给定轨迹的全局渐近追踪。仿真实验结果表明基于反步法的控制器是有效的。     

野外移动机器人滑动效应的在线建模和跟踪控制

针对野外移动机器人的滑动效益建模和补偿控制问题进行了研究.以履带式移动机器人为研究对象,将履带和地面之间的滑动效应建模为时变的滑动参数,由此建立起带滑动参数的机器人运动学和动力学模型,并采用基于方根无色卡尔曼滤波(SR-uKF)的在线非线性估计方法对机器人的位姿和滑动参数进行联合估计.在此基础上,提出了一种基于动态反馈...     

被动同心转向式多履带全向移动机器人设计

采用四组被动同心转向结构的履带单元,设计了一种多履带式全向移动机器人,该机器人不仅具有全向移动的能力,也具备运行平稳、载重能力强等特点。机器人使用ST Nucleo-F446RE开发板为控制器,采用旋转电位器测量每组履带单元的偏转角度,通过电机驱动器独立控制8个履带运动,从而实现机器人的全向移动。实验采集了各个履带的运动速度和每组履带单元的偏转角度,通过航位推测法计算机器人在两种运动中的轨迹,验证了机器人的全向移动能力。     

滑动与打滑条件下的轮式移动机器人自抗扰跟踪控制

针对具有未知的滑动与打滑的轮式移动机器人(WMR),提出了一种基于自抗扰思想的跟踪控制策略.首先建立了滑动与打滑条件下的轮式移动机器人动力学模型.其次,由反步法设计运动学控制器,基于模型设计线性扩张观测器和动力学控制器,并给出了控制器稳定性分析.最后与积分滑模控制进行了仿真对比,结果表明该控制方法的误差收敛速度更快.观测器能够精确估计滑动与打滑及动力学不确定性对机器人的扰动,提高了轮式移动机器人轨迹跟踪的鲁棒性.     

基于全局视觉的轮式移动机器人轨迹跟踪控制

将视觉伺服控制思想引入到全局视觉条件下的轮式移动机器人轨迹跟踪控制中,提出一种基于消除图像特征误差的控制方法.讨论并推导了包含电机模型的非完整移动机器人动力学方程,设计了鲁棒速度跟踪控制器.实验结果证明了文中方法的有效性.􀁱     

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.     

基于神经网络的不确定移动机器人鲁棒自适应跟踪控制

针对含运动学未知参数以及动力学模型不确定的非完整轮式移动机器人轨迹跟踪问题,基于Radical Basis Function(径向基函数)神经网络,提出了一种鲁棒自适应控制器.首先,考虑移动机器人运动学参数未知的情况,提出了一种含自适应参数的运动学控制器,用以补偿参数不确定性导致的系统误差;其次,利用神经网络控制技术,对于机器人在移动中动力学模型不确定问题,提出了一种具有鲁棒性的动力学控制器,使得移动机器人可以在不知道具体动力学模型的情况下跟踪到目标轨迹;最后利用Lyapunov稳定性理论证明了整个系统的稳定性.通过数值仿真验证了所设计的控制器的可行性.     

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.     

基于Backstepping方法的移动机器人路径跟踪问题研究

针对轮式移动机器人的路径跟踪问题以及其非完整特性,引入一种新的虚拟反馈量,使用反演法设计了路径跟踪控制器.首先通过移动机器人的运动学模型得出其运动学位姿误差微分方程,然后基于Backstepping(逐步后推)方法设计控制器,通过构造的Lyapunov函数证明了所设计的控制器的稳定性;最后用Matlab进行仿真以及SM35机器人进行实验,结果表明,所设计的控制器能使移动机器人以任意小的误差跟踪任意给定的参考路径.     

考虑运动受限的履带式移动机器人轨迹跟踪控制

针对履带式移动机器人的轨迹跟踪控制问题进行研究,首先,建立了履带式移动机器人的运动学模型和跟踪误差模型;其次,设计了转速有限时间控制和线速度滑模控制的轨迹跟踪控制律,并给出了考虑运动受限作用下的控制律修正表达式;最后,基于MATLAB对所提控制律进行仿真,对比分析了不考虑运动受限情况下跟踪控制效果;结果表明,设计的跟踪控制律能够实现履带式移动机器人对圆轨迹的有效跟踪,且考虑运动受限作用的控制律更加符合实际;文章研究分析了运动受限作用对于移动机器人轨迹跟踪控制的影响,分析结果对其他移动机器人的运动控制研究具有参考价值。     

轮子纵向打滑条件下的移动机器人自适应跟踪控制

针对纵向滑动参数未知的轮式移动机器人的轨迹跟踪问题,提出一种自适应跟踪控制策略.利用两个未知参数来描述移动机器人左右轮的纵向打滑程度,建立了产生纵向滑动的差分驱动轮式移动机器人的运动学模型;设计了补偿纵向滑动的自适应非线性反馈控制律;应用 Lyapunov 稳定性理论与 Barbalat 定理证明了闭环系统的稳定性;同时,提出了一种由极点配置方法在线调整控制器增益的方法.仿真结果验证了所提出控制方法的有效性.     

基于预测控制的非连续路段下移动机器人的轨迹跟踪

针对非连续路段下的轨迹跟踪问题,设计了基于观测型的预测控制器。首先建立了移动机器人的运动学模型,根据机器人的运动学模型得出了其位姿误差微分方程;然后在轨迹跟踪问题的基础上,设计了系统的观测模型,通过将预测控制器与系统的观测模型结合,设计了观测型预测控制器;最后再MATLAB环境下,利用本文所设计的控制器对移动机器人在非连续路段下的轨迹跟踪问题进行仿真,并将仿真结果与PID控制器控制的仿真结果进行对比,由仿真结果可以看出,本文所设计的控制器具有很好的鲁棒性、快速性及稳定性,可适用于移动机器人的轨迹跟踪的研究。     

A PD path-tracking controller plus inner velocity loops for a wheeled mobile robot

In this paper, we present a controller to solve the path-tracking task in a wheeled mobile robot. We show that a linear PD controller, driven by the tracking error, can be used to generate the desired profiles to be tracked by the motor velocities by means of two linear inner proportional-integral loops. We formally prove that an ultimate bound exists which can be rendered small by a suitable selection of the controller gains. This is the first time that such a result is presented in the literature when considering, simultaneously, both the kinematic and the dynamic models of the wheeled mobile robot.     

Adaptive unified motion control of mobile manipulators

This paper presents a unified motion controller for mobile manipulators which not only solves the problems of point stabilization and trajectory tracking but also the path following problem. The control problem is solved based on the kinematic model of the robot. Then, a dynamic compensation is considered based on a dynamic model with inputs being the reference velocities to the mobile platform and the manipulator joints. An adaptive controller for on-line updating the robot dynamics is also proposed. Stability and robustness of the complete control system are proved through the Lyapunov method. The performance of the proposed controller is shown through real experiments.     

带有未知参数和有界干扰的移动机器人轨迹跟踪控

针对模型参数未知和存在有界干扰的非完整移动机器人的轨迹跟踪控制问题,本文提出了一种鲁棒自适应轨迹跟踪控制器方法.非完整移动机器人的控制难点在于它的运动学系统是欠驱动的.针对这一难点,本文利用横截函数的思想,引入新的辅助控制器,使得非完整移动机器人系统不再是一个欠驱动系统,缩减了控制器设计的难度,进而利用非线性自适应算法和参数映射方法构造李雅谱诺夫函数.通过李雅普诺夫方法设计控制器和参数自适应器,从而使得非完整移动机器人的跟随误差任意小,即可以任意小的误差来跟随任意给定的参考轨迹.仿真结果证明了方法的有效性.     

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。     

Simultaneous design of optimal gait pattern and controller for a bipedal robot

Nowadays, biped robotics becomes an interesting topic for many control researchers. The biped robot is more adaptable than the other mobile robots in a varied environment and can have more diverse possibilities in planning the motion. However, it falls down easily and its control for stable walking is difficult. Therefore, generation of a desired walking pattern for the biped robot in the presence of some model uncertainties is an important problem. The proposed walking pattern should be also achievable by the designed controller. To achieve this aim and to reach the best control performance, the walking pattern and controller should be designed simultaneously rather than separately. In the present study, an optimal walking pattern is proposed to be tracked by a designed sliding mode controller. In this respect, a genetic algorithm (GA) is utilized to determine the walking pattern parameters and controller coefficients simultaneously. Here, high stability, minimum energy consumption, good mobility properties, and actuator limitations are considered as the important indexes in optimization. Simulation results indicate the efficiency of the proposed scheme in walking the understudy biped robot.     

基于多传感器信息融合的移动机器人避障

为了更好地解决移动机器人在未知环境下的自主避障问题,采用多传感器信息融合的方法,通过多个超声传感器对障碍物信息进行采集。合理确立模糊控制器的输入输出,通过模糊推理将障碍物距离信息模糊化,建立模糊规则并解模糊,以达到对移动机器人的安全避障的控制。通过建立移动机器人运动模型,设计了仿真平台,得到实验结果表明:该算法具有良好的可行性。     

一种新的履带机器车轨迹跟踪控制

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。