Research on algorithm of wheeled mobile robot's trajectory tracking control

为解决轮式移动机器人平面运动控制问题,将平面几何理论应用于轨迹跟踪控制中.建立了机器人平面运动模型,并以此为基础研究了直线和圆弧的轨迹跟踪控制算法;提出了导航圆方法,将机器人实时位置信息和目标轨迹之间的角度偏差及位置偏差综合成一个角度,然后对该角度进行了PID调节;在实验中,将直线、圆弧轨迹跟踪算法实际运用于机器人的运动控制.研究结果表明,该算法能将机器人轨迹的偏差有效地控制在±1 cm以内.     

基于运动学分析的工业机器人轨迹精度补偿方法

运动轨迹精度是工业机器人重要的性能评价指标,从机器人运动学角度研究工业机器人轨迹精度提高补偿方法。以SR4C六自由度工业机器人为研究对象,基于国标中对机器人轨迹精度的评定标准,提出一种基于运动学分析的工业机器人轨迹精度补偿方法,并建立了曲线运动轨迹偏差与运动学模型参数误差映射的机器人运动轨迹误差数学模型。在实现激光跟踪仪和机器人坐标系统一的快速有效的坐标系转化方法的基础上,采用改进最小二乘算法选择轨迹偏差最小时的最优运动学参数,对构建的机器人轨迹测试与补偿实验系统进行了轨迹补偿实验,验证了该方法的有效性。结果表明,经该方法补偿后机器人平均位置误差由3.65%提高至0.79%,直线、圆弧轨迹精度分别提高了38.75%、25%。     

基于速度约束的五杆式人机合作机器人控制策略研究

提出了基于速度约束的机器人控制策略,该控制策略根据操作者的操作力、机器人轨迹偏差和当前速度,计算出控制量,实现对机器人末端轨迹的虚拟约束控制。对机器人利用该控制策略跟踪直线和圆弧两种轨迹的效果进行了仿真,结果表明该控制策略可以实现人机合作机器人对轨迹虚拟约束控制的要求。
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基于圆弧插补的工业码垛机器人轨迹规划

为实现工业码垛机器人末端执行器的圆弧运动轨迹,提升机器人的运动效率,提出了一种基于圆弧插补算法的机器人轨迹规划算法;给出了码垛机器人本体结构,分析了码垛机器末端执行器运动轨迹。为实现该轨迹,在笛卡尔空间进行圆弧插补,利用圆弧插补算法实现了该轨迹,并进行了仿真分析。仿真结果表明圆弧插补算法运行时间更短,提高了机器人运动效率。     

自适应模糊算法优化的足球机器人轨迹跟踪

为了提高足球机器人在运动控制过程中的轨迹跟踪性能和稳定性,将自适应模糊PID算法用于机器人运动控制环节中,对PID参数进行实时调整。建立足球机器人在场地上的控制系统模型,分析机器人在轨迹跟踪中由驱动方向、角度等时变因素导致的实际轨迹发生偏移的问题,分别在MATLAB-Simulink和SimRobot仿真平台对优化算法的性能进行仿真,同时与传统的PID控制进行对比。实验结果表明,自适应模糊PID算法相比传统的PID控制器在最大跟踪误差和平均跟踪误差方面分别减少20.18%和29.34%,同时提升了系统的稳定性。该控制算法提升了足球机器人的轨迹跟踪性能,满足机器人在运动过程中的动力学和控制要求,易于在工程中应用。     

基于STM32的四轮爬壁机器人路径跟踪控制系统

针对爬壁机器人在钢制壁面爬行运动时难以动态设置路径和实时跟踪路径的难题,设计了一种灵活设定、实时跟踪路径的爬壁机器人控制系统。系统由主控制电路和从控制电路两部分组成,主从控制电路以STM32为控制核心,两者之间采用无线通信,利用MPU6050解算竖直平面内角度信息,联合光电鼠标确定当前坐标,将所有的信息加以融合并采用增量PID算法和滤波处理,控制电机使爬壁机器人在竖直平面内按照预设轨迹路径运动。实验结果表明,爬壁机器人在壁面运动时吸附稳定可靠,运动控制系统灵活,可以实时地跟踪输入轨迹,误差在±8%以内。     

焊接机器人视觉焊缝跟踪系统分析

分析了一套焊接机器人视觉焊缝跟踪系统的总体构成.首先简述了焊接机器人及跟踪系统的总体构成,分析了机器人视觉系统寻找焊缝位置的视觉处理的动作流程,并对其中重要的步骤进行了详细的描述,重点介绍了机器人依照输入偏差与示教轨迹叠加跟踪真实焊缝的控制过程.最后使用Matlab软件仿真3关节平面机器人的跟踪焊缝的运动.     

球形机器人轨迹跟踪算法

典型的动态轨迹跟踪算法针对非完整移动机器人提出了一种系统框架,并且在模拟实验中展现了良好的跟踪性能。然而,该算法在2自由度摆球形机器人系统中并未同时实现位置和姿态的收敛。讨论了一种实用的球形机器人轨迹跟踪控制算法．着眼于位置与姿态的同时收敛。受跟踪引导模式的启发．提出了一种适用于球形机器人轨迹跟踪控制的模糊自适应控制方案,并通过MATLAB对提出的轨迹跟踪方法进行了有效性验证。     

一种基于交叉耦合控制的串联机器人笛卡尔空间轨迹跟踪方法

针对串联机器人在笛卡尔空间轨迹跟踪问题,将交叉耦合策略和机器人运动学结合起来,设计了机器人在笛卡尔空间位置控制中耦合误差的一般性构建方法,进而提出了一种新型脱离动力学模型的控制算法.该算法不仅能保证单个关节的运动稳定,同时还可以保证所有的关节运动协调,使位置误差和耦合误差都收敛到零.最后,设计了基于HIT/DLR灵巧手笛卡尔空间位置控制实验,验证了该方法的有效性.     

基于主从任务转化的闭环控制避障算法

冗余度机械臂避障算法研究一直是机器人领域的研究热点之一。针对传统算法的不足提出一种基于主从任务转化的闭环控制避障算法。主从任务转化通过监测机械臂各杆件与障碍物之间的最小距离变化实现避障任务和期望轨迹跟踪任务的主从切换,从而解决当障碍物位于机械臂末端期望轨迹上时避障运动和期望轨迹跟踪运动存在的相互冲突问题。考虑到机械臂避障时其末端跟踪精度差的问题,引入对冗余度机器臂末端期望位置和实际位置的误差控制,使得机械臂末端跟踪精度显著提高。同时,该算法还适用于多障碍物避障和动态避障且具有计算量小和躲避速度变化连续等优点。通过三自由度平面冗余度机器臂的仿真试验,验证了该算法的正确性。仿真结果表明,该算法能够有效解决当障碍物位于机械臂末端期望轨迹上时存在的冲突问题,而且机械臂在避障的同时也能够高精度跟踪末端期望轨迹,且能够完成多障碍物避障和动态避障。     

扩展线位移法快速实现机器人末端线速度规划

将用于数控机床的扩展线位移方法引入到六自由度串联机器人末端运动线速度规划算法中,以提高机器人末端运动线速度控制效率。该算法借鉴数控机床中将刀具实际运动线速度与编程指定速度相互关联的扩展线位移方法思想,将机器人末端运动线速度转换为机器人运动矢量合角速度最终实现机器人末端运动线速度规划。通过搭建的机器人实验平台进行实验,实验结果表明提出的扩展线位移方法在机器人末端沿直线轨迹和圆弧轨迹运动时的实际合角速度与理论推算合角速度基本一致,实际关节角速度与理论关节角速度趋于一致。表明该方法能够有效实现机器人末端线速度轨迹规划。     

两栖六足仿生机器人的水陆运动控制研究

两栖六足机器人不仅需应对崎岖地形对陆地爬行提出的挑战,还要解决机器人在水下灵活运动的控制问题。因此,本文首先提出了基于深度强化学习的崎岖地形运动控制方法。通过MuJoCo为机器人执行爬行任务构建交互环境,并采用近端策略优化(PPO)算法训练智能体使其获取适应于不同崎岖程度地形的控制策略。仿真数据表明,陆地控制策略可使机器人在平坦、轻度崎岖、重度崎岖3类地形上快速、稳定地完成前进任务。针对水下运动控制问题,本文通过分析机器人动力学模型将其分解为：采用视线法与PID控制器解决平面轨迹跟踪和深度控制问题。水下实验表明,机器人可在平面快速跟踪Sigmoid曲线且轨迹偏差不超过0.11 m。深度控制实验中,机器人可平稳到达指定深度且控制精度在0.02 m以内。     

工业机器人轨迹精度力-位置复合补偿方法

工业机器人关节刚度较低,在外负载干扰下加工精度较低,阻碍机器人在加工系统中的进一步推广和应用。为解决该问题,提出一种力前馈控制-位置反馈控制复合补偿方法,其中力前馈控制可超前补偿由外部负载力引起的位置偏差,位置反馈部分用于补偿机器人内部因素导致的位置偏差。利用六维力传感器和激光跟踪仪构建了轨迹误差在线补偿闭环控制系统,进行轨迹精度在线补偿试验,验证该方法的轨迹误差补偿效果。综合考虑机器人因内部参数和外部环境因素引起的误差,提高机器人的轨迹精度,能够实现机器人的精准控制。试验结果表明,该方法具有较强的鲁棒性,在外负载下依然可保持较高的轨迹跟踪精度,200 N冲击载荷下路径轨迹误差峰值为0.082 mm,稳态误差为0.047 mm,为复杂工况下高精度机器人加工奠定了基础。     

平面4自由度欠驱动机器人的位置和姿态控制

基于模糊控制理论,研究水平运动的4自由度欠驱动机器人位置和姿态控制问题。平面4自由度欠驱动机器人是具有冗余度和欠驱动双重特征的复杂二阶非完整系统,利用主动关节和被动关节加速度之间的耦合作用控制被动关节的运动,同时实现机械臂末端的轨迹跟踪和末杆的姿态控制。根据分层控制思想,提出双模态模糊PID复合控制算法,针对两个子任务分别设计控制器。通过Matlab和ADAMS的联合仿真验证算法的有效性,在基于可编程多轴运动控制卡的试验台上实现平面4自由度欠驱动机器人的位置和姿态控制试验。仿真和试验结果表明,所设计的模糊PID复合控制器对平面4自由度欠驱动机器人末杆的位置和姿态控制是可行、有效的。     

六足机器人的动力学建模与鲁棒自适应PD控制

分析了六足机器人的运动学特性,建立了摆动腿的动力学模型并采用鲁棒自适应PD控制算法对各关节位置和速度进行了轨迹跟踪仿真研究。首先,根据六足机器人的结构特点定义了机体坐标系及各腿跟关节坐标系,建立了单腿运动学D-H模型,运用数值仿真软件对足端运动空间进行了仿真研究。其次,运用拉格朗日方法建立了六足机器人摆动腿的动力学模型,并对其进行了规范化处理。最后,采用鲁棒自适应PD控制算法对六足机器人的关节位置、速度进行了轨迹跟踪控制的仿真研究。仿真结果验证了该算法对此类机器人关节位置、速度轨迹跟踪控制的有效性。     

基于RBF神经网络的闭链下肢康复机器人自适应补偿控制

在下肢康复机器人的康复训练过程中,模型参数、环境干扰等不确定性因素会影响机器人轨迹跟踪的精度。针对这一问题,提出了一种基于径向基函数（Radial Basis Function,RBF）神经网络的自适应补偿控制,该控制方法能够提高机械系统轨迹跟踪的精确性。首先,设计一款具有4种工作模式、运动稳定的闭链卧式下肢康复机器人结构;然后,利用拉格朗日方法求解动力学名义模型,将康复装置的模型参数以及外界干扰等不确定性因素分离出来,并设计基于RBF神经网络的自适应补偿算法对其进行逼近控制;最后,通过Matlab/Simulink环境对其进行仿真验证,证明了该控制策略的有效性。结果显示,在人体步态曲线轨迹跟踪中,提出的基于RBF神经网络的自适应补偿算法相比传统的模糊比例-积分-微分（Proportional Integral Derivative,PID）控制的方法响应速度快、跟踪效果好,且髋关节和膝关节轨迹跟踪的角度误差峰值分别为0.08°和0.13°,远小于患者下肢在康复运动中的转动角度。设计了单腿样机试验,试验结果表明,采用的RBF补偿自适应控制器能够实现高精度的跟踪结果,也能够满足患者在康复...     

基于模糊控制的自动驾驶车辆轨迹跟踪控制研究

本文基于模糊控制算法对自动驾驶车辆的轨迹跟踪问题进行研究。首先建立了车辆的运动学模型,以车辆在坐标系里不同时刻的位置偏差和角度偏差作为输入,车辆的纵向速度和角速度作为输出,设计了模糊控制器,并在Matlab/simulink进行了建模仿真,结果表明,该模糊控制能较好的实现低速车辆的轨迹跟踪控制。     

一种基于模糊控制的分数阶自适应导纳控制方法

针对下肢康复外骨骼机器人在主动康复训练中运动柔顺性不足的问题,提出一种基于模糊控制的分数阶自适应导纳控制方法。该方法是先在导纳控制模型中,惯性项、阻尼项和刚度项的阶数由整数变为分数,同时通过设置不同分数阶参数对比分析,找到最佳分数阶参数,用于人机交互控制中,可以有效提高康复机器人系统的平稳性和柔顺性。然后将实际人机交互力与期望交互力的偏差转化为位置偏差,以此来修正期望轨迹,其中位置控制器采用PID控制,实现位置跟踪。再利用模糊推理实时地调整导纳控制器的阻尼与刚度参数,相比固定导纳参数更能顺应人体运动意图,改善人机协调性,实现下肢康复外骨骼机器人的自适应主动柔顺控制。在Matlab/Simulink平台对分数阶自适应导纳参数控制器进行仿真实验,与固定导纳参数控制器进行对比分析。仿真结果显示,该方法可以有效降低轨迹跟踪误差,提高跟踪精度,使得人机之间的协同程度更高,同时降低人机交互力,有效改善运动柔顺性,保证患者的安全,避免肌肉二次损伤。     

手术机器人的模糊神经网络变阻抗控制策略研究

针对手术机器人在颅颌面手术过程中无法有效跟踪期望位置和接触力的问题，提出一种基于模糊神经网络的变阻抗控制策略。首先，利用模糊PID位置控制模块对机器人运动至手术切口位置的期望轨迹进行跟踪控制。其次，通过基于神经网络的变阻抗控制模块建立起机械臂与目标之间的力/位置动态关系，该模块可对机器人辅助手术过程中的力跟踪偏差进行及时的自适应修正，以实时补偿环境动态变化带来的影响，提高了环境交互的安全性以及力跟踪的准确性。最后，对提出的控制方法进行验证，结果表明，在动态变化的手术环境下，相比传统定阻抗参数控制方法，该方法拥有更好的跟踪控制效果。     

6R机器人工具端的运动学建模及仿真

工业机器人实现加工作业时,工具端沿加工轨迹运动,且要满足加工的位姿要求。为了控制机器人末端工具工作点相对于工件的轨迹和位姿,建立面向工具坐标系的机器人运动学模型对机器人离线编程有重要意义。通过将工具坐标系与机器人连杆坐标系分离,研究针对工具坐标系的机器人运动学正、逆解。提出一种余弦定理结合圆心角定律的机器人空间三点圆弧轨迹规划方法,通过调用OpenGL图形库,进行机器人空间圆弧轨迹运动仿真,验证了算法的正确性,为本研究条件下机器人离线编程打下理论基础。