基于UKF的移动机器人主动建模及模型自适应控制方法

利用基于无色卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter， UKF）的状态和参数联合估计方法对移动机器人进行在线主动建模，基于该主动模型的逆动力学控制方法，实现了移动机器人对其自身不确定因素的自主性. 在针对全方位移动机器人的仿真实验中，验证了UKF对时变的状态和参数的收敛性和跟踪能力，并给出了不确定界. 基于主动建模的逆动力学控制方法与常值PID控制方法的比较结果，验证了该方法的有效性.     

基于旋量理论的移动机器人建模与控制

为了解决移动机器人由于系统中存在不可积运动约束,不能直接应用旋量理论建模的问题,通过构造虚拟连杆首先把移动机器人转化成等价的固定基单自由度关节的开链机器人,然后基于运动旋量理论建立了移动机器人的运动模型,为移动机器人系统建模提供了一个简洁的新途径.基于所建立的移动机器人运动模型,设计了一个稳定的输出跟踪控制器.在Matlab下对移动机器人的建模和控制进行了仿真,验证了所提出的建模方法的可行性.     

移动机器人编队控制的现状与问题

随着机器人向系统应用的方向发展，移动机器人编队控制问题成为研究的热点问题．为此，依据解决编队控制问题的不同思路，总结了编队控制的各种研究方法：基于行为法、人工势场法、跟随一领航法、虚结构法、循环法、模型预测控制法、分布式控制法，分别对几种编队控制方法的基本思想和特点进行总结和分析，最后从通用性、稳定性、鲁棒性和安全性等方面阐述了移动机器人编队控制理论与应用方面有待进一步研究的几个主要问题。     

越野环境建模与动态路径规划

针对越野环境下移动机器人的导航与控制问题，提出了一种越野环境下环境建模与动态路径规划方法。该方法能够针对地形的数字高程模型，在综合考虑机器人的性能约束和地形特征等因素的基础上有效地实现越野环境的建模；在此基础上的路径规划采用全局信息与局部信息、前期规划结果与当前规划相结合的方法，满足了越野环境下动态路径规划的要求。实验结果表明，该方法能够很好地适应各种复杂的越野环境。     

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...     

基于激光扫描的移动机器人3D室外环境实时建模

针对室外非结构化3D环境,研究了基于激光扫描的移动机器人实时地形建模问题.考虑了建模过程中可能存在的多源不确定性误差,将其建模为零均值高斯噪声,由此建立多级坐标变换矩阵将激光扫描数据转化为全局坐标系中的概率化高程估计,并根据置信区间将得到的高程估计关联至多个地形网格,在此基础上对关联网格内分配的高程估计进行概率融合,实现了局部高程地图的更新.此外,采用局部窗口检测方法对地形遮挡问题进行了处理,并同时解决了室外环境下移动机器人的3D定位问题.实验结果表明了该算法的实时性和有效性.     

移动机器人路径跟踪的智能预瞄控制方法研究

本文首先介绍了移动机器人的基本硬件组成，然后模仿人工预瞄驾驶行为，提出了一 种移动机器人路径跟踪的智能预瞄控制方法，并介绍了智能预瞄控制器的原理、结构及其设 计过程．试验表明：本文提出的控制方法可保证机器人准确地沿各种参考路径行走，且具有 良好的鲁棒性．具有运动避障功能的移动机器人控制系统正在研究过程中．     

移动机器人基于近似Voronoi图的3-D环境建模方法

提出一种三维复杂环境下移动机器人的环境建模与分析方法。通过平滑滤波得到环境地形高度变化的轮廓基本特征，以一阶微分方法分析满足移动机器人运行的平坦性，建立投影平面上的可行区域图。应用改进的近似Voronoi边界网络构造方法得到可行区域的网络化结构模型。该方法能够以较少的网络节点反映移动机器人运行环境中可行区域的网络化结构，从而降低路径规划的计算复杂度。该模型方法体现了三维环境的地形轮廓特征，因此能够有助于导航中的规划与定位问题的解决。     

无线网络环境下移动机器人的控制策略研究

在移动机器人控制性能优化的研究中,针对无线控制网络中存在时延的情况,进行了控制器与补偿器的研究与设计.首先建立了移动机器人动力学模型,并针对模型设计离散反演控制器使移动机器人能够对给定信号进行跟踪.引入无线网络,进而分析网络时延对无线网络控制系统性能的影响,并针对网络时延利用预测控制算法设计控制序列预测补偿器,从而完成在时延存在的情况下仍然可以对移动机器人进行准确控制的无线移动机器人控制系统.仿真结果表明,设计的控制器与补偿器为无线网络环境下移动机器人的控制性能优化提供了参考.     

机器人三维路径规划问题的一种改进蚁群算法

本文研究移动机器人三维空间路径规划问题,针对三维空间的复杂地形特点,提出了一种基于改进蚁群算法的路径规划算法。文中首先描述了一种简单有效的环境建模方法,然后给出了算法在信息素呈现、路径点选取、信息素更新以及启发式函数设计等方面的改进方法。仿真结果证明了算法的可行性和可靠性。     

全地形移动机器人轮－地几何接触角估计

研究全地形移动机器人在不平坦地形中轮－地几何接触角的实时估计问题. 本文以带有被动柔顺机构的六轮全地形移动机器人为对象, 抛弃轮－地接触点位于车轮支撑臂延长线上这一假设, 通过定义轮－地几何接触角 δ 来反映轮－地接触点在轮缘上位置的变化和地形不平坦给机器人运动带来的影响, 将机器人看成是一个串－并联多刚体系统, 基于速度闭链理论建立考虑地形不平坦和车轮滑移的机器人运动学模型, 并针对轮－地几何接触角 δ 难以直接测量的问题, 提出一种基于模型的卡尔曼滤波实时估计方法. 利用卡尔曼滤波对机器人内部传感器的测量值进行噪声处理, 基于机器人整体运动学模型对各个轮－地几何接触角进行实时估计, 物理实验数据的处理结果验证了本文方法的有效性, 从而为机器人运动学的精确计算和高质量的导航控制奠定了基础.     

室外智能移动机器人的发展及其关键技术研究

室外智能移动机器人有着广泛的应用前景,是机器人研究中的热点之一．本文分析 了在室外移动机器人发展中有着代表意义的几个典型系统,进而论述了室外移动机器人研究 中的若干关键技术的研究现状及发展水平．这些关键技术包括移动机器人的控制体系结构、 机器人视觉信息的实时处理技术、车体的定位系统、多传感器信息的集成与融合技术以及路 径规划技术与车体控制技术等．     

模块化可重构机器人动力学研究进展

模块化可重构机器人由于其构型多变,运动形式丰富等特点,可以在非结构化环境或未知环境中执行任务,在最近几年迅速成为机器人研究领域的前沿和热点. 模块化可重构机器人在军事、医疗、教育等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型代表包括仿生多足模块化机器人、模块化可重构机械臂、晶格式模块化机器人等. 模块化可重构机器人丰富的构型设计、多样的连接特征、不断拓展的应用范围,给动力学建模与控制带来了很多挑战和机遇. 本文首先阐述了模块化可重构机器人的研究背景和意义,并概述了其构型分类与设计、构型描述与运动学建模方法.随后,本文系统回顾了模块化可重构机器人动力学研究中相关问题的最新进展,包括：(1)系统整体动力学建模;(2)结合面以及对接机构动力学建模;(3)基于动力学模型的控制方法. 本文最后提出了模块化可重构机器人动力学研究中若干值得关注的问题.     

Multiagent-Based Multi-team Formation Control for Mobile Robots

In the field of formation control, researchers generally control multiple robots in only one team, and little research focuses on multi-team formation control. In this paper, we propose an architecture, called Virtual Operator MultiAgent System (VOMAS), to perform formation control for multiple teams of mobile robots with the capabilities and advantages of scalability and autonomy. VOMAS is a hybrid architecture with two main agents. The virtual operator agent handles high level missions and team control, and the robot agent deals with low level formation control. The virtual operator uses four basic services including join, remove, split, and merge requests to perform multi-team control. A new robot can be easily added to a team by cloning a new virtual operator to control it. The robot agent uses a simple formation representation method to show formation to a large number of robots, and it uses the concept of potential field and behavior-based control to perform kinematic control to keep formation both in holonomic and nonholonomic mobile robots. In addition, we also test the stability, robustness, and uncertainty in the simulation. This research was supported by the National Science Council under grant NSC 91-2213-E-194-003.     

Distributed Consensus of Multiple Nonholonomic Mobile Robots

Consensus problems of multiple nonholonomic mobile robots are considered in this paper. These problems are simplified into consensus problems of two subsystems based on structure of nonholonomic mobile robots. Linear distributed controllers are constructed respectively for these two subsystems thanks to the theory of nonautonomous cascaded systems. Consensus of multiple nonholonomic mobile robots has been realized using the methodology proposed in this paper no matter whether the group reference signal is persistent excitation or not. Different from previous research on cooperative control of nonholonomic mobile robots where the consensus problem under persistent exciting reference has received a lot of attention, this paper reports the first consensus result for multiple nonholonomic mobile robots whose group reference converges to zero. Simulation results using Matlab illustrate the effectiveness of the proposed controllers in this paper.      

未知环境中移动机器人故障诊断与容错控制技术综述

以我国月球探测为研究背景，以轮式移动机器人为研究对象，介绍了在外星球表面等未知环境中进行深空探测的移动机器人的故障模型和传感器误差模型，分析了未知环境中移动机器人故障诊断与容错控制的特点.在此基础上综述了国内外在该领域的研究进展和主要方法，包括基于多模型的方法、基于粒子滤波器的方法、基于传感器信息融合的方法以及层次容错结构等. 最后,总结了该领域待解决的几个难点问题,并对该研究领域的发展趋势进行了展望.     

基于二阶运动学模型的移动机器人主从跟踪系统的鲁棒控制

In this paper, we study the problem of modeling and controlling leader-follower formation of mobile robots. First, a novel kinematics model for leader-follower robot formation is formulated based on the relative motion states between the robots and the local motion of the follower robot. Using this model, the relative centripetal and Coriolis accelerations between robots are computed directly by measuring the relative and local motion sensors, and utilized to linearize the nonlinear system equations. A formation controller, consisting of a feedback linearization part and a sliding mode compensator, is designed to stabilize the overall system including the internal dynamics. The control gains are determined by solving a robustness inequality and assumed to satisfy a cooperative protocol that guarantees the stability of the zero dynamics of the formation system. The proposed controller generates the commanded acceleration for the follower robot and makes the formation control system robust to the effect of unmeasured acceleration of the leader robot. Furthermore, a robust adaptive controller is developed to deal with parametric uncertainty in the system. Simulation and experimental results have demonstrated the effectiveness of the proposed control method.     

一类多移动机器人运动协调仿真系统的研究与实现

在多机器人系统的研究中,多移动机器人系统的运动协调性始终是热点,也是该领域的一个基础研究方向.文章使用了一类通用的多移动机器人协调控制仿真软件,通过运用基于线程的程序结构和面向对象的软件设计法,有效地实现了复杂环境下大规模移动机器人系统协调运动的实时模拟,同时采用切分窗口技术并运用数字信号传输代码,实现了多机器人运动状态和多机器人相关信息的同步显示,从而能更加方便地获取机器人数据.     

在球面运行的万向轮式移动机器人运动学模型的建立

爬壁机器人技术的不断发展,使研制可以吸附在大 型球面工作的轮式移动机器人成为可能．本文采用坐标变换方法,针对工作在球面的万向轮 式移动机器人建立运动学模型．其建模方法对于其它类型的在球面工作的轮式移动机器人也 同样适用．     

用小波插值方法实现移动机器人的轨迹追踪控制

基于动力学模型方程，利用小波插值方法，对移动机器人的轨迹追踪控制问题，给出了一种新的方法．该方法在有限时间内，实现了转动速度、前进速度均不为零的期望轨迹追踪．它的突出特点是计算量小、方法简单，期望轨迹可为任意复杂的非线性曲线．在仿真实验里，取得了理想的效果．