两轮自平衡机器人转向稳定性优化研究

由于两轮自平衡机器人具有占地小、可零半径转弯等特点,该类机器人被广泛用于个人交通工具和机器人移动平台。当两轮自平衡机器人快速转向时,由于重心较高,机器人受离心力影响容易侧向倾覆。针对两轮自平衡机器人转向稳定性进行了分析,在此基础上为传统两轮自平衡机器人增加了摇摆自由度。利用摇摆自由度,机器人可以在转向时主动配置重心位置,进而提高了机器人转向稳定性和安全性。在建立机器人动力学模型基础上,设计了摆动自由度控制器,并通过实验验证了可行性而有效性。     

两轮自平衡机器人双闭环PID控制

两轮自平衡机器人是一个非完整的欠驱动系统,由两个独立且共轴的电机通过驱动车轮来控制机器人的平衡和行走。两轮自平衡机器人是一个倒立摆系统,极不稳定,需要施加有效的控制手段才能使其平衡。文章用牛顿力学构造了系统的非线性数学模型,并简化为线性模型,通过双闭环PID算法控制机器人的平衡。实验结果表明,此方法可以使机器人有较好的稳定性。     

两轮车机器人原地定位平衡的双幂次滑模控制

针对一种两轮自行车机器人(Segway状态),采用双幂次滑模控制方法研究该机器人原地定位平衡控制问题.根据査普雷金方程的力学建模原理,结合机械化建模方法建立系统动力学模型;取车架俯仰角和车轮转角为输出、车轮电机力矩为输入设计双幂次滑模控制器;对系统进行数值仿真和物理样机实验研究,与其他控制器(部分反馈线性化、普通滑模等)下的控制效果进行对比,分析了双幂次滑模控制器原地定位平衡运动控制的性能.研究结果表明:双幂次滑模控制方法下的两轮车机器人原地定位平衡控制具有更强的抗干扰能力,俯仰角可由初始倾角快速调整到0附近,且具有更短的调整时间和更小的超调量.本研究可为该类型机器人在选择实现平衡运动的控制方法时提供参考和理论基础.     

自平衡两轮机器人的控制系统设计

介绍了基于LF2407A DSP的两轮机器人控制器的设计,以及电机控制PID算法。利用这个控制器实现了对两轮机器人样机的轨迹控制。     

基于非线性弹簧模型的轮腿自平衡机器人跳跃算法研究

轮腿式自平衡机器人兼具轮式的高速高效性和足式的地面适应性,在面对非结构化地形时可以进行跳跃越障。按照腿部自由度可将其分为单自由度式和二自由度式,其中单自由度式轮腿自平衡机器人结构更简单、质量更轻、控制难度更低。但在跳跃轨迹规划问题上,一方面单自由度腿部结构对髋关节出力需求更高,采用双质量块线性弹簧模型轨迹规划方法能够达到的最大越障高度有限;另一方面机器人在高度调整过程中整体质心会产生x向位移,对跳跃的准确性与稳定性造成影响。针对单自由度式轮腿自平衡机器人跳跃问题展开研究,首先提出了基于腾空动力学模型的轮部控制算法,使机身俯仰姿态在跳跃过程中始终可控,进而保证了跳跃的稳定性。之后提出了基于双质量块非线性弹簧模型的跳跃轨迹规划方法,相比基于线性弹簧模型的规划方法具有轨迹规划更加灵活,对髋关节出力要求更低等优点;然后进一步利用轮部在腾空过程中对机身俯仰角的控制效果,设计了一种机器人原地跳远方法,使机器人可以在更短的起跳时间和起跳距离下达到相同的跳跃距离;最后建立了单自由度式轮腿自平衡机器人三维简化模型及其运动学、单腿静力学以及腾空动力学模型,并通过Simulink-Adams联合仿真验证了轨...     

自平衡两轮电动车控制系统仿真研究

首先分析了自平衡两轮电动车的数学模型和无刷直流电机(BLDC)的数学模型,之后在MATLAB/SIMULINK中分别建立了自平衡两轮电动车的机械仿真模型以及无刷直流电机的转速和电流双闭环驱动系统的仿真模型。分别采用PID控制算法和模糊控制算法作为自平衡两轮电动车系统的平衡控制算法,联合了自平衡两轮电动车的机械模型和无刷直流电机双闭环驱动模型,从而建立了自平衡两轮车控制系统的仿真模型。仿真结果表明模糊控制器更适用于本系统,并通过改变车身质量和车身质心高度来检验自平衡车系统算法的鲁棒性,对比分析了实验结果。     

两轮自平衡车的吸引区域估算方法

在很多情况下,精确求解系统的吸引区域是非常困难的。以两轮自平衡车为例,利用二次Lyapunov函数的坐标变换方法来扩大吸引区域估算值。通过与吸引区域估算结果的对比,证明该坐标变换方法的有效性和计算的简便性。最后运用开源的Python程序仿真验证了在吸引区域范围内的初始条件,均可通过PID线性控制器使车体平衡稳定。     

OC学习机制的两轮平衡车模糊自平衡控制

针对两轮平衡车的自平衡控制问题,为了提高平衡车自学习和自平衡能力,受操作条件反射原理启发,以模糊规则为基本模型,引入学习OC学习机制,提出一种具有学习能力的模糊控制器,能够使平衡车自主学习获得模糊控制规则,实现控制器设计自动化。OC学习机制根据状态的评价值序列对模糊规则表进行修正,经过多次修正后,可针对每一个状态获得合理的输出。仿真实验表明,控制器能够自主设计模糊规则,具有一定自主学习能力。两轮平衡车在多次迭代学习后可以自主从倾角不稳定恢复到直立平衡状态。     

两轮直立自平衡寻迹小车控制系统的研究

相比于传统四轮车,两轮车的转弯半径大大减小,因此两轮小车行动更加灵活方便。针对课题的要求,以Freescale公司的MC9S12系列16位单片机作为主控芯片,利用车模两后轮驱动的特点,实现两轮直立行走;采用电磁传感器进行路径信息采集,实现两轮直立车的寻迹;采集直立车行走的速度信号,实现两轮直立车的速度控制。     

基于MMA7260两轮自平衡小车控制系统设计

两轮自平衡小车运动控制的关键是小车平衡的控制.本文设计并制作了一台以MMA7260加速度传感器为姿态敏感元件,采用STC12C5A60S2单片机作为主控制器,通过L298电机驱动模块驱动双向直流电机实现两轮自平衡小车的姿态控制.将涉及到具体硬件的控制程序进行了分离和封装,因此小车可以作为验证各种控制算法性能的理想物理平...     

基于红外定位的微小型自重构移动机器人

为了提高微小型移动机器人的作业能力,提出了一种模块化的微小型自重构移动机器人系统。系统中每个单元机器人既可以作为动力单元,拖动其他机器人进行探测,也可以独立成为通信节点,扩大系统的通信范围。单元机器人由中央处理模块、通信模块、驱动模块、对接模块和定位模块组成。多个单元机器人可以彼此对接构成组合机器人。为了实现微小型化,设计了基于红外信号强度的定位方法。并针对现有对接技术的不足,结合电磁式重构机构与机械式重构机构的优势,提出一种新型的自动对接方法。最后进行了机器人之间的对接实验,实验结果证明了机器人设计的合理性。     

虚拟样机技术的两轮机器人动力学仿真

首先简述了机器人仿真研究的现状和机械系统动力学分析仿真软件ADAMS及SIMULINK在机器人仿真上的应用。然后应用拉格朗日方程建立了系统的动力学方程,应用ADAMS和MATLAB对两轮机器人进行了联合仿真,仿真结果表明两轮机器人具有较好的鲁棒性和稳定性。     

微小移动机器人驱动原理研究

研究了一种利用碰撞原理，进行微驱动的方法。实验表明，此种方法更加容易实现高精度位移，适用于纳米定位平台等微操作的驱动。     

基于遗传算法的深海集矿车避障路径规划方法

本文主要研究和利用遗传算法实现深海集矿车避障路径规划的方法。将连续的路径离散化，并用随机数模拟各路径种群。把二维的路径转化为一维，生成简单的路径基因，提出了物理意义明确的适应函数和相应的变异算子，从而引导遗传算法快速收敛于最优解。实验仿真表明，该算法能够快速、稳定的搜寻到所需的最佳路径。     

大视场室内移动机器人高精度动态定位方法

高精度室内定位是移动机器人实现自主导航、运动控制和协同作业等任务的前提条件.利用单目视觉定位原理,提出了一种针对大视场的室内移动机器人绝对定位方法.该方法适用于室内多移动机器人同步动态定位,解决了大视场环境下多相机非线性标定和视场融合问题,相机标定精度提高了52.6％.为提高移动机器人动态定位精度,设计了基于光信标的高...     

基于无线网络的室内移动机器人定位方法研究

基于超声波测距原理,研究开发了一种以nRF24L01无线通信芯片为核心的移动机器人(mobile robot,MR)室内无线网络定位系统。定位系统由阵列式分布的超声波接收器和控制器、一台计算机、一个主控制器组成。使用STC12C5616AD单片机作为核心控制芯片,主控制器接收来自无线网络节点的数据,通过串口将数据发送到上位机进行数据采集和处理,再通过无线模块将此发送给车载系统以控制移动机器人运动。实现了上位机与室内定位系统及移动机器人之间的无线通信,以及移动机器人的实时定位。实验结果证明:该定位系统具有结构简单、成本低、抗各种干扰能力强的优点;定位误差不积累,精度较高,能满足工业用室内移动机器人定位精度的要求。     

室内自主式移动机器人定位方法研究

定位是确定机器人在其工作环境中所处位置的过程.应用各种传感器感知信息实现可靠的定位是自主式移动机器人最基本、也是最重要的一项功能之一.本文对室内自主式移动机器人的定位技术进行了综述,介绍了当前自主式移动机器人定位方法的研究现状.同时,对国内外具有典型性的研究方法进行了较详细的介绍,并重点提出了几种室内自主式移动机器人通用的定位方法,对其中的地图构造、位姿估计方法进行了详细介绍.最后,论述了自主式移动机器人定位系统与地图构造中所面临的主要问题及其解决方法并指出了该领域今后的研究方向.     

机器人多路径空间定位精度测定方法研究

研究一种适用于工业机器人操作现场的多路径空间定位精度测定在和算法，并给出结构优化的技术数据及系统仿真结果。本方法也可用于其他空间运动机构的定位测量。     

移动机器人对障碍物运动轨迹预测方法的研究

确定了移动机器人在移动平面上的2个坐标系,并在其中一个坐标系中建立了机器人与障碍物相对位置变化的动态方程,运用Kalman理论障碍物动态轨迹进行预测,仿真实验表明该方法可对障碍物位置变化进行有效的预测。     

移动机器人的模块化设计方法

为了使移动机器人的设计及应用更加快速有效,以应对不断变化的市场需求,深入研究了移动机器人的模块化设计方法,对机器人XJTUMR-1进行了各个模块的详细设计,并在此基础上开发成功了一个样机.实验证明,机器人XJTUMR-1系统运动平稳,性能稳定,走直性良好,并能实现基本的避障功能.