三轮全向移动机器人的研究与设计

为了提高机器人运动控制的精度和机器人智能化的程度,基于传统机器人和移动机器人的优缺点的比较,通过对三轮全向机器人的硬件结构和运动学分析,得出了三轮全向移动机器人的运动控制模型,并结合移动机器人分布式结构的特点设计了一种三轮全向机器人的软件模型.通过对三轮全向移动机器人进行实际运动控制测试,校正了三轮移动机器人的运动学方程,有效的验证了软件模型的正确合理性,提高了移动机器人的运动效果.     

基于多传感器信息融合的移动机器人快速精确自定位

通过分析全向视觉、电子罗盘和里程计等传感器的感知模型,设计并实现了一种给定环境模型下移动机器人全局自定位算法.该算法利用蒙特卡罗粒子滤波,融合多个传感器在不同观测点获取的观测数据完成机器人自定位.与传统的、采用单一传感器自定位的方法相比,它把多个同质或异质传感器所提供的不完整测量及相关联数据库中的信息加以综合,降低单个...     

全向移动康复机器人设计与研究

下肢运动障碍患者和失能、半失能老人在日常生活和康复训练过程中，通过有效的物理刺激手段和针对性的康复训练可以恢复部分或全部的运动功能。因此设计了一种新型的全向移动康复机器人，通过全向移动底盘实现地面移动跟随，通过减重模组实现患者的减重支撑，通过柔性骨盆机构实现患者的扶持和部分骨盆运动自由度。首先介绍了全向移动康复机器人的机械机构和运动模式，其次介绍了机器人的电气组成和工作原理，建立了基于人机交互信息的控制模型。     

基于Euler算法的全向轮机器人位姿检测

现代机器人多借助于参照物定位,多受制于参照物;对于此问题,这里介绍了一种基于码盘和Euler算法定位的无参照物的全向轮机器人设计;利用全向轮的结构优势,设计了一款能实现在二维平面内无参照物移动定位的机器人;此机器人通过采集2个相对编码器和一个绝对编码器数据来获取机器人位姿信息,并接收上位机发送的坐标指令,用Euler算法计算机器人运动坐标,然后将机器人位姿信息与计算出来的坐标相对比,对机器人进行姿态矫正,最终达到给定坐标位置。     

基于全向轮的机器人移动机构运动分析与控制设计

为了实现在有限空间内对机器人进行实时移动控制的目的,提出了一种结合差速控制和正交全向控制的设计方法。以老人服务机器人为平台,通过研究具有4组正交全向轮移动机构的运动特性,以ARM7微控制器为核心,结合速度传感器,实现了对机器人的移动控制。实验表明,该控制方法具有很好的实时性和精确度。在实际应用中,满足了老人服务机器人运动的实时性和高精度的要求。     

基于ARM的全向移动平台智能循迹系统设计

为实现全向移动平台的智能循迹和避障,设计了一种基于进阶精简指令集处理器(ARM)控制器的全向移动平台智能循迹系统。该系统采用视觉传感器采集路径信息,通过循迹算法获得全向移动平台的移动控制参数,同时依据路径弯曲程度实时地调整移动平台当前运动速度;采用激光传感器进行测距,并对收集到的数据信息进行处理与分析,以实现避障。该设计实现了全向移动平台的智能循迹和避障。试验结果表明,基于ARM的全向移动平台能够沿预设的轨迹快速、稳定地行驶。该设计方案简单、可靠,可广泛应用于智能导航设备。     

被动同心转向式多履带全向移动机器人设计

采用四组被动同心转向结构的履带单元,设计了一种多履带式全向移动机器人,该机器人不仅具有全向移动的能力,也具备运行平稳、载重能力强等特点。机器人使用ST Nucleo-F446RE开发板为控制器,采用旋转电位器测量每组履带单元的偏转角度,通过电机驱动器独立控制8个履带运动,从而实现机器人的全向移动。实验采集了各个履带的运动速度和每组履带单元的偏转角度,通过航位推测法计算机器人在两种运动中的轨迹,验证了机器人的全向移动能力。     

全向移动爬壁机器人设计及其运动特性研究北大核心CSCD

设计了一种在壁面上运动的全向移动机器人。该机器人采用三轮全向运动方式与负压气室附着方式相结合的机械结构,既可以在壁面上灵活地完成平面内三自由度的连续运动,又具有较好的附着鲁棒性。针对机器人系统在壁面上运动时受到重力而导致的与在地面上运动特性之间的差异,推导了机器人各轮压地力关于壁面上朝向角的表达式,并由滑移临界状态推导得到机器人在任意朝向下各方向的最大加速度,最后通过仿真实验验证了各轮压地力模型与滑移临界状态模型的正确性。该研究能够为全向移动爬壁机器人的机械结构设计提供指导,为其路径规划与运动控制提供加速度约束。     

自主柔性变形蛇形机器人控制系统设计

针对搜救机器人对多信息获取与处理、远程监控与运动控制的实时高性能需求,设计了以ARM微处理器STM32为核心、多传感器融合的自主柔性变形蛇形机器人控制系统,实现了机器人的远程监控与运动控制、多传感器环境信息采集等功能。整个控制系统具有良好的扩展性、硬件可裁剪性。通过模拟灾难废墟场景实验,结果表明：蛇形机器人控制系统可实现多信息的实时准确无线通信,在不同的环境中,具有良好的多步态运动稳定性和自主移动性能。     

基于模糊控制的移动机器人避障研究

针对移动机器人在未知环境中的不确定性,利用Matlab构建了多传感器仿真试验移动平台,在Simulink中搭建移动机器人运动学模型,利用多传感器采集环境中的障碍物信息与目标物的方位角,设计了具有避障功能的模糊控制算法.通过模糊控制器控制移动机器人的左右轮速度实现机器人的转弯以及直走,根据机器人实时的角度反馈信息不断修正机器人的位姿以精确避障.仿真实验验证了该方法的可行性及有效性.     

一种新的用于足球机器人的全向视觉系统

全向视觉系统是RoboCup中型组足球机器人最重要的传感器之一。为了实现足球机器人的目标识别与自定位,提示了一种新的足球机器人全向视觉系统的设计与实现,其中在硬件上设计了一种由水平等比镜面和垂直等比镜面组合而成的新型全向反射镜面,其能够采集到较理想的全景图像;软件上则根据该镜面的成像特性实现了一种新颖的基于场地标志线信息的机器人自定位算法,该算法能够获得较准确的机器人自定位值。实验结果表明,该全向视觉系统能够有效地应用于机器人足球赛中。     

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...     

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。     

基于微分平坦三轮全向足球机器人的轨迹规划

针对三轮全向足球机器人路径规划、位姿控制的特点,讨论了轨迹规划的控制问题,提出了一种基于微分平坦理论的轨迹规划的控制算法。此算法在轨迹跟踪控制中用来生成可行的期望轨迹,在路径规划的基础上研究三轮全向足球机器人动力学模型的轨迹规划方法,并且同时考虑控制量约束下的最优轨迹生成。仿真及实验结果表明,该算法具有控制精度较高,实时性强的特点。     

关于移动机器人定位系统的研究——基于多传感器的机器人定位技术

在移动式机器人系统中,导航系统是机器人实现自治的核心,在导航系统中机器人定位系统又有着至关重要的作用.因为,只有基于精确定位的导航才是可靠的.考虑到目前的移动机器人系统都装备有多传感器,本文着重研究了基于多传感器的移动机器人定位技术.本定位系统首先获取里程计信息,按轨迹生成法得到机器人的粗定位,并在粗定位基础上进行局部感知环境预测,然后融合视觉传感器和距离传感器的信息,以得到较精确的机器人局部感知模型,以此 在移动式机     

基于多传感器信息融合的自主跟随定位及避障方法

针对自主跟随机器人在自由空间中对移动目标进行跟随时,由于信号源发射角度小,自主跟随机器人很容易进入信号盲区,并且难以对移动目标进行精确定位、移动姿态确定等问题,提出了一种基于多传感器信息融合的自主跟随定位及避障方法,该方法通过在移动目标上增加多信号源,使自主跟随机器人与移动目标之间建立冗余信道,并通过多传感器信息融合方法,计算出移动目标中心位置及实时移动姿态;设置测距模块,使自主跟随机器人能避开障碍,保持跟随。根据此方法建立了多信号源定位模型和算法,并对该算法进行了实验验证。实验结果表明,该方法能够准确的对移动目标进行定位和移动姿态确定,并且信号盲区小,能有效的避开障碍,保持对移动目标的跟随,具有一定的工程应用价值。     

全自主足球机器人混合视觉系统的设计与实现

根据中型组机器人足球比赛的需要,设计并实现了一套由全向视觉、前向单目视觉和嵌入式视觉构成 的混合视觉系统．全向视觉具有360± 的水平视角,信息量大、实时性好,但近端信息的感知识别精度较低,前向单 目视觉和嵌入式视觉就是为了解决该问题而加入的．前向单目视觉主要用于识别位于机器人正面不远处的目标,且 可给出精确的目标位置信息,同时全向视觉和前向单目视觉的处理都是在机器人上位机上进行的．为了解决机器人 非前向近端信息缺失的问题,在不增加上位机负担的情况下,本文通过下位机的嵌入式视觉识别机器人周边非前向 近端的动态目标或障碍物,较好地解决了机器人360± 范围内近端信息的获取问题．实验结果表明,该视觉系统较好 地实现了对机器人远端、近端目标的识别．     

基于无线传感器网络的室内移动灭火机器人系统设计

针对室内移动灭火机器人依靠自身传感器无法及时获取全面环境信息和缺少远程网络控制功能的问题,提出了一种基于无线传感器网络（WSN）且具有远程网络控制功能的系统架构。首先,构建网型拓扑结构的无线传感器网络,采集室内环境信息;其次,通过分析系统各部分的逻辑功能,构建数据库和Web服务器,实现远程客户浏览功能;最后,通过开发具有Socket网络通信功能的网络客户端,实现远程网络控制机器人。经实验测试,网型拓扑无线传感器网络,在发送间隔为1.5 s,网关节点无遮挡时,数据传输丢包率为2%,与相同情况下的树型拓扑相比,降低了67%。结果表明此系统架构能获取更加全面的室内环境信息,降低无线传感器网络数据传输丢包率,并能通过网络客户端实现远程控制。     

全自主机器人足球系统的全局地图构建研究

研究和讨论了如何通过多机器人的协作,实现全局地图的构建．在单个机器人通过自身携带的多传感器进行局部地图构建的基础上,研究了前向单目视觉传感器的建模方法,在此观测模型的基础上,用极大似然融合算法对球的位置信息进行融合,而对于多机器人返回的对方机器人位置信息,使用基于密度的空间聚类算法（DBSCAN）进行信息融合,从而实现全局地图构建．实验结果表明,通过多机器人的协作,可以准确地构建出全局地图,弥补了单个机器人自身传感器的有限感知范围,本文研究的方法完全满足全自主机器人足球比赛中动态环境地图构建的需要．     

基于全向移动平台的多机器人编队控制研究

针对多机器人编队控制中的队形控制和协同避障问题,提出了基于麦克纳姆轮的全向移动多机器人编队的基于领航-跟随型编队控制算法.首先建立多机器人运动学模型,得到车体运动控制参数,并针对传统领航跟随法进行改进,设计一种虚拟结构领航-跟随法,并将改进的人工势场法引入领航机器人的在线局部路径规划中,通过添加虚拟斥力旋转势场,解决了局部极小值问题,实现了多机器人编队在静态障碍环境中无碰撞路径规划.最后通过Python仿真验证了该算法结合的有效性.