轮式移动机器人运动学建模方法

研究轮式移动机器人运动学建模方法问题。提出用于不规则地形下的轮式移动机器人运动学建模方法——轮心建模法(Wheel-center modeling,WCM)在分析多刚体链式机构运动的速度特性以及不规则地形上轮式移动机构转动角速度特性的基础上,建立车轮轮心速度的矢量表达式,即确立WCM。以六轮摇臂转向架月球漫游车的运动学建模为例,分析各关节转动角速度矢量在车体坐标系下的投影,并根据转动矢量方向在车体坐标系中变化与否,将矢量叉乘的投影写成不同的形式,利用车轮轮心坐标系、轮地接触坐标系相对于车体中心坐标系的齐次变换矩阵中的相应元素,将车轮轮心的速度矢量表达式投影到车体中心坐标系下,建立车体运动学模型,从中阐述WCM的方法和过程,并分析WCM的特点。用试验和仿真验证该建模方法的正确性。     

注水管内移动机器人的驱动建模方法研究

为了满足注水管内机器人检测系统运动平稳性的要求,研究了机器人防滑转牵引驱动的动力学建模方法。通过建立驱动轮与检测系统的动力学综合模型,并适当变换控制参数,以机器人的输出牵引力为反馈输入,使驱动轮转矩跟随附着系数达到运动速度调整。仿真结果表明,驱动系统能够获得自行调节能力,维持牵引运动平稳,验证了模型的有效性与可行性。基于附着系数进行牵引力反馈输入,可以满足机器人运动控制的要求。     

轮式移动机器人的模糊轨迹跟踪控制

文章针对实际的轮式移动机器人轨迹跟踪控制问题提出了一种解决方法。利用模糊控制器实现对移动机器人的轨迹控制,并进行了计算机仿真和实际的轮式移动机器人的轨迹控制实验,将控制效果与传统的PID控制器的控制结果进行比较,结果表明了模糊控制在机器人轨迹跟踪问题上具有很好的性能。     

惯性冲击驱动管内移动机器人设计

设计了一种以压电双层膜为基本结构,通过惯性冲击原理达到运动驱动目的的管内移动机器人.该机器人主要由一个典型的压电双层膜结构和惯性质量串联构成.工作时,压电双层膜的变形由惯性冲击转化为整体结构的直线位移.从理论上分析了惯性冲击原理的核心问题:惯性冲击力与管壁和机器人之间摩擦力的关系,并通过MATLAB和AN-SYS等软件对整个系统的动态响应做了仿真.相关的验证表明,所设计的管内移动机器人运动步长可以达到0.15μm,具有精密运动和高效率的优点,可以在工业中广泛应用.     

管内移动机器人拖线力计算方法研究

管内移动机器人拖线力计算方法研究邓宗金，王永福，徐伟（哈尔滨工业大学机械工程系）刘亚州，张淑霞（大庆油建公司施工技术研究所）１管内移动机器人系统管内移动机器人系统由管内移动载体、电缆线、收放线装置三部分组成。移动载体上带有管内作业的执行装置，如图１所...     

轮式移动机器人轨迹跟踪控制研究

根据轮式移动机器人具有非完整约束特点,基于其运动学模型对机器人的轨迹跟踪控制问题进行了研究。采用Lyapunov函数直接法的思想设计机器人轨迹跟踪控制算法,并且直观地分析了系统的全局渐进稳定性.最后应用到MATLAB中对圆轨迹、螺旋线轨迹进行跟踪仿真试验,仿真结果表明位姿误差在2 s时刻趋近于零,轨迹跟踪效果良好,系统具有很好的全局渐进稳定性。     

轮式移动机器人电机驱动系统的研究与开发

以嵌入式运动控制体系为基础,以移动机器人为研究对象,结合三轮结构轮式移动机器人,对二轮差速驱动转向自主移动机器人运动学和动力学空间模型进行了分析和计算,研究和设计了自主移动机器人电机驱动系统,开发了一套二轮差速驱动转向移动机器人电机驱动系统,完成了系统各部件的整体装配和调试。试验结果表明,该设计方案可行、系统运行稳定可靠、成本低廉、所用元件易于购置,具有较好的实用的价值和应用前景。     

轮式移动机器人轨迹跟踪控制与仿真

机器人是目前各行各业应用最为广泛的一种智能机械设备,其中轮式移动机器人以其特有的性质被越来越多的应用到我们的日常生活中,所以对轮式移动机器人的控制要求更加多样化,如何设计出对目标轨迹贴合且稳定的方法正在成为研究的热点.本文基于模型预测控制策略针对轮式移动机器人的运行轨迹进行实时跟踪.首先结合本次设计要求并根据轮式移动机...     

轮式移动机器人轨迹跟踪的预测控制

自动导航小车 (AGV)是一种移载用轮式移动机器人 (WMR) ,主要用于现代化的无人生产车间中实现物料的搬运。为完成搬运任务 ,其控制系统必须具备定位、路径规划和导航等功能。考虑到其工作任务的特殊性 ,作者设计了一种运动控制系统———组合导航预测控制系统。理论分析和仿真结果均表明 ,该控制系统是有效可靠的。     

轮式移动机器人的反步轨迹跟踪控制

在建立轮式移动机器人运动学和动力学模型的基础上,结合反步设计法,将动力学问题反步为运动学问题,设计了具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制律。该控制律由机器人的两驱动电机的力矩组成,简洁且易于实现。利用Lyapunov函数对控制系统进行了稳定性分析,仿真结果验证了所设计控制器的有效性和精确性。     

四足机器人Trot步态简化模型控制方法

基于负载弹簧倒立摆模型(SLIP模型),建立了四足机器人Trot(对角小跑)步态平面模型。针对复杂的四足机器人系统,通过对四足机器人动力学模型、动力学特性的分析,基于控制目标分解思想及PID控制策略,对系统的前进速度、弹跳高度及俯仰角,分别设计了有效的控制方法,即三分控制法。此外,对三分控制法的控制参数配置规律进行了充分的研究,给出了控制参数配置策略。     

四足机器人液压驱动单元变刚度和变阻尼负载特性的模拟方法

基于机理建模方法建立了液压驱动单元位置控制系统数学模型,针对不同环境结构下负载刚度和负载阻尼的动态变化特性,把位置控制环作为控制器内环,推导了一种变刚度和变阻尼负载特性的模拟方法。建立了负载特性模拟方法的仿真模型,并在液压驱动单元性能测试平台上进行了模拟方法的实验测试,研究了斜坡阶跃负载力和正弦负载力下变刚度和变阻尼负载特性的模拟效果。研究结果表明：设计的模拟方法能够较好地模拟环境刚度参数变化、阻尼参数变化,以及刚度参数和阻尼参数同时变化时的负载特性。     

用于驾驶机器人的车速跟踪多机械手协调控制方法

提出一种用于驾驶机器人的车速跟踪多机械手协调控制方法。建立了驾驶机器人车速跟踪多机械手/腿控制模型,在此基础上设计了驾驶机器人车速跟踪协调控制器,通过油门/离合器协调控制器实现了车辆的平稳起步和平顺换挡,通过发动机/制动器切换控制器实现了驾驶机器人对给定车速的准确跟踪。实车试验结果表明,提出的方法能合理地协调控制驾驶机器人的油门、制动、离合机械腿和换挡机械手,实现对目标车速的跟踪控制,驾驶机器人完全能够代替试验人员进行各种汽车试验。     

仿生双足水上行走机器人优化设计及控制方法

研究一种新型双足水上行走机器人推进机构及控制方法。借鉴蛇怪蜥蜴双足水上行走功能,分析双足机器人水上行走动力学机理;结合平面四杆机构运动和坐标转换公式,分析Watt-I型机构运动方程,用以模拟蛇怪蜥蜴的脚掌轨迹,设计双足水上行走机器人推进机构,建立机器人的虚拟样机模型并进行机构优化设计;设计机器人的中枢模式发生器(Central pattern generator,CPG)控制器和模糊控制器并进行参数分析,提出双足水上行走机器人的CPG-模糊控制方法,完成机器人控制系统的搭建,进行仿真验证;制作出双足水上行走样机,进行双足机器人水上行走试验,测得推进机构的作用力曲线;在平衡装置不工作和工作情况下分别测量机器人水上行走过程中的实时偏角,并进行比较。试验结果表明推进机构及控制方法满足双足机器人水上行走要求。     

面向快速拆装的模块化机器人柔顺控制方法

在进行快速拆装任务时,模块化机器人既要有较高的伺服刚度与结构强度,又要对接触物体表现出一定的顺从特性,为此,提出一种面向快速拆装的模块化机器人柔顺控制方法。分析机器人拆装时的正逆向运动学,获取末端执行器与基座间的总坐标转换形式,以及对应关节的旋转角度,调整模块力的反馈作用,令阻抗与导纳趋于动态均衡。基于机器人与外界环境间作用力,建立模块阻抗关系,推算柔顺控制规律,利用设计的自适应柔顺控制模型,取得期望控制力,令模块到达期望位置。实验测试中,使机器人模块随实验人员手部移动,跟随运动轨迹表明,其能够较好地适应手部给予的未知力,各方向上的跟随速度与作用力拟合情况以及零件实际装配结果较为优越,具备良好的控制稳定性,且满足快速拆装时的柔顺控制基本需求。     

适应环境刚度、阻尼参数未知或变化的机器人阻抗控制方法

针对机器人阻抗控制在实际应用中其性能受环境的阻尼、刚度参数未知或变化影响的问题,提出了一种机器人自适应阻抗控制方法。在定义机器人阻抗控制性能指标的基础上结合阻抗模型刚度变化的几何表示,给出了阻抗模型刚度参数初值计算方法,提出了基于人工神经网络的环境等效刚度在线估计方法,并结合二阶系统临界阻尼条件计算阻抗模型阻尼参数初值。机器人力控制实验结果验证了该方法较已有的机器人阻抗控制方法在参考轨迹平滑性、力控制稳定性和易于工程实践方面有一定的优势。     

双臂空间机器人基于高斯型函数的姿态、关节运动模糊自适应补偿控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控情况下,具有未知载荷参数的漂浮基双臂空间机器人系统关节运动的控制问题。利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,分析、建立了漂浮基双臂空间机器人完全能控形式的系统动力学方程。以此为基础,针对双臂空间机器人2个末端爪手所持载荷参数未知的情况,设计了一种基于标称计算力矩控制器附加模糊自适应补偿控制器的复合控制方案,即通过模糊自适应补偿控制器来弥补系统参数未知对标称计算力矩控制器控制精度的影响,以确保存在未知系统参数情况下整个闭环控制系统的渐近稳定性。该控制方案能够有效地控制漂浮基双臂空间机器人的载体姿态及机械臂关节协调地完成期望的轨迹运动,并具有不需要反馈和测量双臂空间机器人载体的位置、移动速度、移动加速度,同时也不要求系统动力学方程关于系统惯性参数呈线性函数关系的显著优点。通过系统数值仿真证实了该方案的有效性。     

穿戴式机器人的协调控制方法及其运动辅助机理

为改善穿戴式机器人在运动辅助过程中的人机交互柔顺性,提出了一种以中枢模式发生器(CPG)为核心的协调控制方法,利用CPG自激行为和对外交流的特性获得理想的主/从关节目标轨迹,规避了运动学和动力学逆解算。结合仿真分析和物理实验研究,阐明了所提控制方法及其运动辅助机理、停止再运动等柔性运动产生机理。结果表明,该协调控制方法具有运动辅助效果,CPG自激行为和对外交流的特性可以获得理想的主/从关节目标轨迹,且CPG的衰减停振特性能够方便地生成停止再运动等柔性运动,极大地改善了机器人的人机交互柔顺性。