三轮全方位移动机器人运动模型及其控制方法研究

全方位移动机器人在二维空间具有完整性约束条件,能够灵活地任意方向移动,受到了广泛的关注。针对三轮全方位机器人的运动控制问题,建立其运动学模型。采用输入变换解耦及状态反馈法实现对坐标位置、方位角等位姿状态的控制,通过仿真实验验证了算法的有效性。最后给出了一种三轮全方位移动机器人硬件设计方案及控制算法软件实现,实际样机运动实验验证了控制方法的可行性与有效性。     

一种多模式全向移动机器人攀爬楼梯的步态

针对移动机器人在户外运动中所遇到的台阶、楼梯等复杂地形,设计了一种可攀爬楼梯的多模式全向移动机器人。通过切换运动模态,该机器人既能像传统移动机器人一样快速移动,又具备了足式机器人的越障能力。首先,分析并构建了多模式全向移动机器人的运动学模型;其次,研究了该机器人越障能力和质心位置之间的关系并计算了该机器人可以翻越台阶的...     

具有MY轮的全方位移动机器人运动学研究

根据MY轮的结构特点建立了由MY轮组成的全方位移动机器人的运动学模型.分析了由于轮结构带来的运动学特性.对全方位移动机器人在运动过程中的振动、控制及误差进行了深入研究.提出了通过优化接触距离及MY轮转速来减小机器人运动误差的控制方法.为获得优化结构,比较了三轮结构和四轮结构的运动学特性.同时应用正弦控制规律来合理控制MY轮的转动,改善了机器人的运动稳定性.仿真结果充分证明了分析的正确性.     

RoboCup小型足球机器人建模及仿真平台研究

在机器人运动规划和运动控制的研究中,直接以实物机器人做实验不仅代价昂贵,而且所需时间长,风险大.在考虑了驱动电机动态特性的基础上,以机器人的朝向为坐标轴正方向建立坐标系,分析三轮全向移动机器人运动学模型和动力学模型;然后对比赛过程中的碰撞模型进行研究,推导出发生碰撞后机器人的速度公式;最后以Robocup小型足球机器人比赛系统为背景,采用VisualC 多线程技术构建小型组足球机器人仿真平台,并给出了系统结构框图.在小型组足球机器人的运动规划,运动控制等方面具有直接的现实意义.     

轮式移动机器人在圆形管道中的运动学建模与分析

为解决圆形管道中轮式移动机器人的运动控制问题,分析了轮式移动机器人在圆形管道中的运动学特性．借助接触点的切平面,单个轮子在平面上的位置和运动描述方法被应用在圆管的柱面上．推导了单个轮子在柱面上纯滚动时轮心的轨迹和速度．运用刚体运动瞬时螺旋理论,对由两个固定轮和一个舵轮组成的(1,1)型三轮机器人在圆形管道中的运动进行了建模分析,并对此运动学模型进行了仿真．     

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。     

轮子打滑状态下全向移动机器人轨迹跟踪控制

针对全向移动机器人轨迹跟踪控制中存在未知轮子打滑干扰问题,设计自抗扰反步控制器.首先,建立存在轮子打滑扰动的全向移动机器人的运动学模型;然后,融合自抗扰控制技术与反步控制技术,设计基于全向移动机器人运动学模型的轨迹跟踪控制器,该控制器分别从纵向控制、横向控制及姿态控制上对打滑干扰进行实时估计与补偿;最后,利用Lyapunov定理分析闭环系统的稳定性并通过仿真实验验证了所提出控制算法的有效性和鲁棒性.     

基于阿克曼原理的车式移动机器人运动学建模

基于阿克曼原理的轮式移动机器人运动学模型对于无人驾驶车辆的研究有着重要的意义.对轮式移动机器人的运动学特性进行了分析,建立了不考虑滑行、刹车等的轮式移动机器人的运动学模型.对该运动学模型引入了阿克曼约束,给出了描述机器人运动状态的转向角、航向角和转弯半径等物理量的数学公式.最后对该运动学模型进行仿真实验,验证了所建立的运动学模型的正确性,为进一步研究轮式移动机器人提供了理论分析的基础.     

双轮差动机器人曲线算法设计与实现

针对非完整约束系统的双轮差动机器人转向不灵活、绕过障碍时行进速度不连续这一问题,分析了双轮差动移动机器人运动学模型,提出了路径规划圆弧化的方法;在此基础上设计的圆弧控制算法,使机器人能够连贯绕过障碍,匀速达到目的地;算法使机器人的平均速度由O.9 m/s提高到1.6 m/s,满足了对机器人快速机动的要求,缩短了行进时间,仿真结果证明了上述控制算法的可行性,并且该运动控制算法已应用于Robocon比赛。     

三轮全向机器人运动特性分析

在建立三轮全向机器人运动学模型的基础上,对机器人直线运动和圆弧运动的基本运动形式及特性进行了分析和仿真,研究了机器人在平动直线运动时的最大速度分布与加速度分布空间,在机器人圆弧运动的分析中,首先对其平动和自转两种形式进行了讨论,进一步通过仿真分析验证并表明机器人在圆弧运动叠加自转的情况下,当经过两点间的距离大于某一范围时,其时间最优路径是弧线路径而非直线路径的结论,这有利于在机器人足球比赛中提升机器人的机动性以及实现局部最优路径规划。     

基于OpenGL的人体运动学研究

根据人体运动的形态特征,构造人体简化几何模型,分析人体运动员层次结构特点,构建人体分层结构运动链.论文以上肢运动为例,采用反向运动学算法,计算出在目标位姿下各关节的角度,在Vc 环境下,基于OpenGL实现对上肢关节链的运动控制.     

基于OpenGL的人体运动学研究

根据人体运动的形态特征，构造人体简化几何模型，分析人体运动层次结构特点，构建人体分层结构运动链。论文以上肢运动为例，采用反向运动学算法，计算出在目标位姿下各关节的角度，在VC＋＋环境下，基于OpenGL实现对上肢关节链的运动控制：     

不同维状态的多传感器航迹融合􀀂

在多传感器环境下,多个传感器在同一区域观测目标,各传感器可能采用不同的目标模型处理各自的测量数据,形成各自的目标航迹送到融合中心.当多个传感器观测到同一目标时,融合中心则需要对源于同一目标的传感器航迹进行融合处理.通过建立状态之间的映射,提出了不同跟踪模型下的输出目标估计状态之间的融合算法.仿真试验表明了算法的有效.     

六自由度机械臂三维仿真软件的设计

在机械臂实体上进行正逆运算的结果往往难以分析和验证,且机械臂实体的成本比较昂贵,针对此问题,设计了一套六自由度机械臂的三维仿真软件,可以对机械臂的运动进行实时仿真。该软件以VS2008为开发平台,使用OpenGL函数库进行机械臂三维模型的创建,使用Qt界面库进行软件界面的设计,提供正逆解运算和演示。结果表明,该软件操作界面良好,能够很好地仿真出机械臂的运动过程。     

一种四自由度并联机构的误差分析及其标定补偿

针对一种四自由度并联机构进行了运动学分析,在此基础上以摄动法建立了其误差模型,明确了各误差源对末端位姿的影响．在对并联机构的标定技术进行简单介绍后,说明了对该机构误差模型中的机构参数进行标定的两种方法,介绍了标定装置、标定算法及标定过程．最后采用Matlab对基于逆解的标定方法进行了仿真,并对仿真结果进行了分析．     

通用和修正D-H法在运动学建模中的应用分析

通用D-H法在机器人运动学标准建模中虽然已被广泛研究和应用,但其存在一个根本缺陷就是,对于两个相邻的平行关节,通用D-H法得到的齐次变换矩阵将是一个奇异矩阵,不能得到正确的模型,这样便无法对这部分关节运动进行正确的运动分析.而修正的D-H法是正对通用D-H所存在的缺陷进行了改进,保证了模型准确性.本文研究了通用的运动学建模方法D-H法和该方法的应用缺陷,以及修正的D-H法对通用D-H法存在的缺陷进行的改进,并对修正的D-H法在自由度串联机器人正逆运动学中建立模型的正确性进行了验证.     

基于IMU的手语识别骨骼模型构建

手语识别属于手势识别的研究范畴。传统的基于数据手套的手语识别方法不能完整捕捉手语的所有要素,无法识别手部与肢体配合的手语动作。 惯性测量单元(IMU)由于体积小、成本低而被越来越多地应用到动作捕捉项目中。借鉴机器人运动学相关知识,提出了基于IMU的手语识别骨骼模型,该模型符合人体生物学特征。模型的构建步骤为首先进行骨骼的选取,然后进行尺寸标定。最后提出了标定模型尺寸的实验方法,使用IMU获得的动作集的数据可以进行求解。     

Optimal Trajectory Planning for Wheeled Mobile Robots Based on Kinematics Singularity

This research introduces a new optimality criterion for motion planning of wheeled mobile robots based on a cost index that assesses the nearness to singularity of forward and inverse kinematic models. Slip motions, infinite estimation error and impossible control actions are avoided escaping from singularities. In addition, high amplification of wheel velocity errors and high wheel velocity values are also avoided by moving far from the singularity. The proposed cost index can be used directly to complement path-planning and motion-planning techniques (e.g. tree graphs, roadmaps, etc.) in order to select the optimal collision-free path or trajectory among several possible solutions. To illustrate the applications of the proposed approach, an industrial forklift, equivalent to a tricycle-like mobile robot, is considered in a simulated environment. In particular, several results are validated for the proposed optimality criterion, which are extensively compared to those obtained with other classical optimality criteria, such as shortest-path, time-optimal and minimum-energy.     

基于OpenGL的六自由度机械臂三维建模与仿真

针对六自由度机器臂,为了解决运动学分析结果不易验证以及在实体机械臂上演示成本较高的问题,设计了一套六自由度机械臂三维仿真软件.该软件以VS2008为开发平台,基于OpenGL函数库和Qt框架类,采用模块化的方法进行三维模型的创建,具有灵活性大、易于扩展的优点.结果表明,该仿真软件能够良好地仿真出机械臂的运动过程,对机械臂的研究和教学起到了促进作用.     

基于模型估计的关节式月球车参数化轨迹规划*

为了在轨迹规划阶段提高月球车在三维地形中的轨迹规划精度,以被动关节式地形自适应月球车为研究对象,融合关节机器人D-H坐标建模方法构建月球车悬架运动学模型,结合数值求解方法,推导了任意崎岖三维地形中月球车姿态估计模型.在模型估计基础上利用参数化控制原理,建立了满足约束条件下被动关节式月球车在任意地形中的基于模型估计的一般性参数化轨迹生成模型.针对轮式月球车的非完整性特点,结合数值求解方法,推导了非线性模型的求解方法.最后利用仿真方法,以八轮摇杆摇臂关节式月球车为例,验证了崎岖地形中基于模型估计的轨迹生成方法的正确性,且可提高关节式月球车在崎岖地形中的规划精度.