前轮操舵驱动移动机器人前后轮横滑刚度测量

通过对移动机器人进行平面运动动力学及运动学分析，建立平面运动移动机器人稳态圆运动动力学方程组；结合前轮驱动电机编码器、舵电机编码器以及机架陀螺仪分别采集到的前轮移动速度、舵角和机器人本体偏摆角速度，利用牛顿-拉夫森方法对动力学方程组进行求解，得到机器人前后轮的横滑刚度。研究结果为轮式移动机器人横滑特性及动力学研究提供了一种简单有效的手段，对路径跟踪研究也具有一定的参考价值。     

三连杆轮式蛇形机器人设计及运动分析

为了克服被动轮驱动蛇形机器人运动能力弱的缺点,提出了一种新型三连杆主动轮驱动蛇形机器人。该蛇形机器人由多个被动关节连接的串联连杆组成,每个连杆的中心都有一个主动全向轮。全向轮的驱动力只作用于横向,而机器人则沿纵向运动。此外,针对该蛇形机器人具有非完整约束和欠驱动的特点,采用局部坐标系,设计了一种带有防滑功能的运动控制器,使运动和关节角度互不干涉。蛇形机器人蜿蜒爬行实验结果表明,所提出的设计是可行的,且运动控制器有效避免了全向车轮的打滑问题,提高了整个系统的稳定性。     

Dynamic Modeling and Analysis of 9-DOF Omnidirectional Legged Vehicle

The omnidirectional legged vehicle with steering-rails has a specific mechanism feature, and it can be controlled flexibly and accurately in omnidirectional motion. Currently there lacks further research in this area. In this paper, the mechanical characteristics of independent walking control and steering control and its kinematics principle are introduced, and a vehicle has a composite motion mode of parallel link mechanism and steering mechanism is presented. The motion direction control of the proposed vehicle is only dependant on its steering rails, so its motion is simple and effective to control. When the relative motion between the walking and steering is controlled cooperatively, the vehicle can walk perfectly. By controlling the steering rails, the vehicle can walk along arbitrary trajectory on the ground. To achieve a good result of motion control, an equivalent manipulator model needs to be built. In terms of the mechanism feature and the kinematic principle, the simplified manipulator model consists of a rail in stance phase, a rail in swing phase, and an equivalent leg. Considering the ground surface slope during walking, a parameter of inclination angle is added. Based on such a RPP manipulator model, the equations of motion are derived by means of Lagrangian dynamic approach. To verify the dynamic equations, the motion of the manipulator model is simulated based on linear and nonlinear motion planning. With the same model and motion parameters, the dynamic equations can be solved by Matlab and the calculation data can be gained. Compared with the simulation data, the result confirms the manipulator dynamic equations are correct. As a result of such special characteristics of the legged mechanism with steering rails, it has a potential broad application prospects. The derivation of dynamics equation could benefit the motion control of the mechanism.     

45°车把转角下前轮驱动自行车机器人的定车运动

针对无配重调节器的自行车机器人在低速下不易平衡的问题,以一种前轮驱动自行车机器人为对象,给出其力学模型及在45°车把转角下定车运动的实现方法。通过车轮转弯半径分析推导出后轮角速度、车架航向角速度与前轮驱动速度、车把转角的关系,采用拉格朗日方程建立系统的力学模型;根据部分反馈线性化原理,将包含车架横滚角的欠驱动子系统线性化,设计出自行车机器人45°车把转角下定车运动的平衡控制器。仿真控制结果表明,合理选择控制参数,控制器可以快速地实现自行车机器人在45°车把转角下的定车运动;样机试验结果进一步证明,控制器可以使自行车机器人在不超过驱动电动机的力矩容限下实现45°车把转角下的定车运动。定车运动的实现从理论和试验两个方面证明,自行车机器人在低速下可以不需要配重调节器,仅依靠车把转动和前轮驱动保持稳定平衡。     

基于惯性冲击原理的3DOF微小型机器人系统

提出一种由4组压电陶瓷驱动器驱动的微小型移动机器人系统.基于惯性冲击原理,4组压电陶瓷驱动器在不同形式锯齿波电压的驱动下,能够实现机器人2个平动运动自由度和一个旋转运动自由度.基于DDS波形发生原理,为机器人设计了由C8051F040高速单片处理器、FPGA和功率放大器所构成的机器人驱动控制系统.机器人运动性能测试试验表明,提出的微小型移动机器人统具有亚毫米级的运动速度和亚微米级的运动分辨力,可以作为微操作系统中的移动式精密定位机构.     

全方位移动机械手运动控制Ⅰ——建模与控制

针对一类由轮式驱动全方位移动平台和机械臂所组成的全方位移动机械手,首先通过对机械结构和运动特性的分析,建立一体化运动学模型,并利用拉格朗日力学法建立动力学模型,分析这两种模型的运动性质.然后根据所建立的模型,分别设计轨迹跟踪控制器,并对控制器的稳定性予以证明.在基于动力学模型的轨迹跟踪控制器中,通过结合全方位移动平台的运动学模型和全方位移动机械手的动力学模型,定量地分析移动平台运动状态对机械臂的耦合作用,并在相应的轨迹跟踪控制器中予以补偿.仿真结果不仅显示所提出两种模型的正确性和相应轨迹跟踪控制器的有效性,而且也说明所述方法可以作为一类移动机械手通用的建模和控制方法.     

基于阿克曼定理的四轮独立转向模糊控制算法研究

基于阿克曼转向定理,研究电动汽车四轮独立转向系统。利用轮胎"魔术公式"建立二自由度非线性模型,并提出一种基于模糊策略的方法对其质心侧偏角进行控制。整车系统仿真的输入为左前轮车轮转角,其余3个车轮转角由模糊控制决定。质心侧偏角作为模糊控制器的输入,满足阿克曼定理的3个车轮转角作为其输出,由此实现四轮独立转向的控制。仿真研究结果表明所提出算法的有效性。     

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。     

分布式驱动智能汽车对开坡道起步双重转向控制

匹配多套分布式驱动系统可以提升智能汽车的动力学控制能力,但该车在对开坡道起步时仍会存在动力性与方向稳定性难以兼顾问题。提出并验证一种结合主动转向与差动转向的分布式驱动智能汽车双重转向控制方法。根据各驱动轮独立可控的特点,分析对开坡道起步时施加双重转向控制的必要性;根据左右轮驱动力不等导致车辆产生差动转向而偏离直行路线的现象,基于模型预测控制设计出前轮主动转向控制器;结合设计的主动转向控制器与已有的分布式驱动汽车转矩自适应驱动防滑控制器,完成双重转向控制器设计;通过仿真分析和实车道路试验,验证了所设计控制器的控制效果。研究表明：施加双重转向控制,可以使分布式驱动智能汽车尽可能充分利用其自身驱动力和路面可提供的最大附着力;同时,能够根据实时的车身姿态参量和所在位置信息计算出相应的附加转向盘转角,通过主动转向使横向偏移量大幅降低。所提出的基于差动转向与主动转向相结合的双重转向控制,可以全面改善车辆的通过性和方向稳定性。     

转向工况下的混合动力汽车电子差速控制技术

混合动力汽车在转向过程中易受轮胎垂向载荷、侧向力等因素的影响,为保证其稳定行驶,提出了基于改进相对滑移率的混合动力汽车电子差速控制技术。考虑车辆驾驶时轮胎垂向载荷、侧向力和侧偏角等因素,运用刚体运动原理构建混合动力汽车动力学模型;以车外某点为圆心,通过阿克曼理论计算前轴内外车轮转向角,参考汽车质心速率推算内外车轮转向工况下行驶速度,明确双驱动轮转速;推算内外侧转速和驱动轮距真实转速的耦合关系,将相对滑移率拟作差速控制参数,计算车辆系统性能指标,利用线性二次模型推导差速控制规律,以系统性能指标最小为目标,构建车辆系统最佳差速控制器。结果表明,所提技术能将电子差速滑转率控制在极低水平,降低了车辆的打滑概率,显著提升了车辆驾驶安全性。     

管内轮式移动机器人弯道内驱动控制方法

三轮全主动驱动管道机器人的弯道通过性一直是个难题，由于三轮差动机构尚未实现，机器人的3个主动驱动轮在弯管内将出现干涉而不能行走。为了使机器人可靠、平稳、快速地通过弯管，基于机器人在转弯过程中的阻力负载特性分析的基础上，提出了驱动轮独立协调控制转弯的方案，并对速度协调控制过程进行了仿真实验，结果表明驱动轮独立协调控制方案可有效地解决机器人转弯过程中三轮的差动问题。     

城市地下综合管廊巡检小车全转向系统研究

城市地下综合管廊内部紧凑,线路长且交叉路段多,采用人工巡检效率低且安全隐患较大,为了实现城市地下管廊实时全方位无盲区探测,提出了一种基于轮毂电机的巡检小车全方位转向机构,包括四轮转向机构、全方位转向机构、转向切换装置以及相关控制系统;并分析了其基本构成及工作原理,在ADAMS中通过运动学分析得到车轮转向曲线,基于MATLAB/Simulink建立驱动系统控制模型。该全转向系统可以有效完成四轮转向、零半径转向、横向移动三种转向功能,比传统四轮巡检小车转向更加灵活,结构简单,具有广阔的应用前景。     

具有万向机构的蛇形机器人运动控制

设计了一种能够使蛇形机器人运动更灵巧、奇异点更少和运动能力更强的机构．对具有三个自由度的新型蛇形机器人单元进行了改进，在单元上增加被动轮机构，使其具有万向机构的特点。该单元不仅能够用被动轮驱动机器人运动．而且增加了类似于主动轮的驱动机构．克服了被动轮驱动能力弱的缺点，增强了机器人的运动能力。在分析非完整约束的基础上，对蛇形机器人的运动学和冗余度进行分析，提出了控制该类蛇形机器人运动的分解矩阵方法和分组交替运动法。     

Fuzzy sliding mode control algorithm for a four-wheel skid steer vehicle

This research design and implement a robust dynamic feedback controller for a four-wheel skid steering vehicle (SSV) under highspeed cornering motion. First, SSV dynamics are modeled and analyzed to construct the simulation environment and to validate the performance of the proposed algorithm. A robust fuzzy-sliding mode controller is then designed to offset the effect of forces induced by wheel—soil interaction during skidding and ground-level fluctuations. It also eliminates the chattering phenomena encountered with conventional sliding mode control. Given P-3AT mobile robot parameters for trajectory tracking and velocity setting, extensive simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed controller.     

四轮轮毂电机驱动智能电动汽车转向失效容错控制研究

四轮轮毂电机驱动电动汽车各轮驱动力矩独立可控,可通过控制前轴左右两轮的力矩差实现前轮转向。以四轮轮毂电机驱动智能电动汽车为研究对象,针对线控转向系统执行机构失效时的轨迹跟踪和横摆稳定性协同控制问题,提出一种基于差动转向与直接横摆力矩协同的容错控制方法。该方法采用分层控制架构,上层控制器首先基于时变线性模型预测控制方法求解期望前轮转角和附加横摆力矩,然后考虑转向执行机构建模不确定性以及路面干扰,设计基于滑模变结构控制的前轮转角跟踪控制策略。下层控制器以轮胎负荷率最小化为目标,利用有效集法实现四轮转矩优化分配。最后,分别在高速换道和双移线工况下仿真验证了该控制方法的有效性和实时性。     

Correction of transportation lag in the mobile robot control system

The influence of the transportation lag and the classical methods of its correction in a control system for a mobile robot with a differential drive are considered. Such effects as slipping of wheels and surface roughness are demonstrated to restrict the area of applicability of conventional algorithms of time lag correction. A time lag correction method is proposed, which is based on analytical extrapolation and extended Kalman filter. Experimental results confirm the efficiency of the approach proposed.     

Corridor navigation of the mobile robot using image based control

In this paper, the wall following navigation algorithm of the mobile robot using a mono vision system is described. The key points of the mobile robot navigation system are effective acquisition of the environmental information and fast recognition of the robot position. Also, from this information, the mobile robot should be appropriately controlled to follow a desired path. For the recognition of the relative position and orientation of the robot to the wall, the features of the corridor structure are extracted using the mono vision system, then the relative position, the offset distance and steering angle of the robot from the wall, is derived for a simple corridor geometry. For the alleviation of the computation burden of the image processing, the Kalman filter is used to reduce search region in the image space for line detection. Next, the robot is controlled by this information to follow the desired path. The wall following control scheme by the PD control scheme is composed of two control parts, the approaching control and the orientation control, and each control is performed by steering and forward-driving motion of the robot. To verify the effectiveness of the proposed algorithm, the real time navigation experiments are performed. Through the result of the experiments, the effectiveness and flexibility of the suggested algorithm are verified in comparison with a pure encoder-guided mobile robot navigation system.     

全时四轮驱动车动力分配比的分析及仿真

建立了全时四轮驱动车在直线行驶和转弯时的力学模型,通过汽车行驶受力图分析了直线和转弯时的运动性能,主要包括在不同动力分配比下的直线加速、爬坡和转弯性能,计算了每种工况下的最佳动力分配。然后使用相平面法判断车辆的稳定性,对在不同转向角时的侧偏和横摆的收敛性进行分析,并且通过建立约束方程,找到在一定车速和一定转角时的驱动力范围。最后在ADAMS中建立了汽车模型,并将计算结果进行仿真和理论结果相比得出最优动力分配比。     

基于光学动作捕捉的室内移动机器人轨迹跟踪

以基于麦克纳姆轮的全向移动机器人为研究对象，首先对基于标记点的光学动作捕捉系统的定位原理进行研究，然后对移动机器人的驱动原理和位姿误差进行分析，建立运动学模型和位姿误差模型，通过反演法设计虚拟反馈，并结合李雅普诺夫函数构造出具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制器。接着对测试环境和试验样机进行搭建，将光学动作捕捉系统采集的位姿信息反馈到机器人的控制回路中，最后对直线和圆周轨迹进行跟踪仿真。通过在试验样机上实验验证，总结出利用光学动作捕捉系统对移动机器人采集的定位信息，可令移动机器人拥有良好的轨迹跟踪性能。     

全方位线控四轮转向电动汽车设计

提出了一种用于外转子式轮毂电机的双横臂悬架导向机构和转向机构，可实现四轮驱动电动汽车绕任一点进行旋转，以及沿任一方向进行平移。研究了当电机失灵时的故障排除技术，即可通过电磁离合器的开关组合，驱动一台转向电机可使四个车轮全部复位，且仍可保持转向能力。用Euler角描述了悬架导向机构的姿态，推导出与车轮定位参数相关的悬架导向机构姿态角公式，对各控制点坐标进行参数化，在ADAMS软件下建立了参数化模型，并对悬架导向机构进行了优化设计。