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。     

基于积分滑模的四轮移动机器人轨迹跟踪控制

针对一类具有有界扰动和不确定性的四轮移动机器人轨迹跟踪问题,提出了一种具有鲁棒性的积分滑模控制策略.首先,提出了四轮移动机器人的运动学和动力学模型,推导出机器人轨迹跟踪误差表示式.然后分别针对机器人的运动学模型和动力学模型给出了相应的运动算法和积分滑模控制律.通过Lyapunov稳定性理论证明了四轮移动机器人轨迹跟踪误...     

非连续路段下移动机器人的轨迹跟踪

针对轮式移动机器人在非连续路段下的轨迹跟踪问题,对移动机器人数学模型和道路模型的建立、轨迹信息的获取以及控制器的设计进行了研究。首先分析了移动机器人的运动学方程及对摄像机的标定,通过建立移动机器人的直线轨迹跟踪模型,并用二值化方法对非连续路段进行了图像处理,提取了图像中非连续路段信息,实现了移动机器人在轨迹跟踪过程中运动的可靠性;然后基于Lyapunov函数设计了渐进稳定的轨迹跟踪控制器,使移动机器人能够在连续路段和非连续路段跟踪确定路径;最后通过Matlab进行了仿真。仿真结果表明,所设计的控制器和算法能使移动机器人的跟踪误差快速收敛于零,轨迹跟踪效果良好,适用于移动机器人对非连续路段的轨迹跟踪控制。     

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...     

基于反步法和分层滑模控制的轮式移动机器人轨迹跟踪

结合了反步法和分层滑模控制方案提出了一种轮式移动机器人轨迹跟踪控制算法。首先,针对一类轮式移动机器人系统将其分解成两个子系统,分别设计子系统的控制率。针对第一个子系统,利用分反步法通过构造Lyapunov函数设计系统的控制率。针对第二个子系统,将其进一步分解为两个子系统,利用分层滑模技术设计出最终的控制器。基于反步法和分层滑模控制方案设计的系统控制器,不仅可以保证了闭环系统是渐进稳定的且系统的跟踪误差能够收敛到任意小的邻域内。最后通过一个数值模拟结果表明了所提出控制方法的有效性。     

移动机器人轨迹跟踪与运动控制

针对轮式移动机器人在实际运行中受环境因数影响,采用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法融合里程计与激光雷达的观测数据,对机器人的参考轨迹信息进行校正,并与离散卡尔曼滤波进行比较。在机器人动力学模型的基础上,运用Lyapunov直接法,构造具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制器,控制机器人运动的角w速度,v,使机器人的位姿状态达到要求。根据Lyapunov稳定性定理证明了系统的全局稳定性。仿真及实验验证表明,卡尔曼滤波算法对机器人的定位数据滤波与Lyapunov方法结合的轨迹跟踪控制器效果良好。     

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。     

移动机器人的最优轨迹跟踪控制研究

针对移动机器人在复杂环境下的路径规划与轨迹跟踪控制,提出了一种最优轨迹跟踪控制方法。首先,通过理论分析给出了移动机器人的运动学模型和对避障问题的描述,推导出了位置与姿态方程以及目标函数表达式;其次,介绍了萤火虫算法的寻优机制,并采用广义方向学习策略来改进原算法的性能;同时,引入NUBRS曲线来光滑处理局部路径,缩短总路径长度;进而,将移动机器人系统分成位置与姿态两个控制环,分别设计PD控制律来实现其稳定的轨迹跟踪控制;最后,通过仿真与实验验证了所提方法的有效性,结果表明:(1)改进后的萤火虫算法能够为移动机器人规划出一条避障且可行走的轨迹;(2)基于PD控制策略,移动机器人能够有效地实现轨迹跟踪。     

基于Backstepping方法的轮式移动机器人轨迹跟踪研究

根据机器人的运动学模型,对具有非完整特性的移动机器人轨迹跟踪控制进行了研究.采用基于积分backstepping时变状态反馈方法,引入一种新的虚拟反馈量,设计机器人轨迹跟踪控制算法,并且利用Lyapunov方法证明系统的全局稳定性.仿真结果证明了该方法的有效性.     

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。     

Trajectory planning and tracking control of a ground mobile robot:A reconstruction approach towards space vehicle

With the development of the similarity calculation method, the orbital motion of space vehicle can be translated into a sequence of waypoints that reflect position and velocity on the ground. In this paper, a motion control system is proposed to make the mobile robot pass through the desired waypoints for reconstructing the orbital motion. First, the parameterized trajectory optimization method is applied to generate a curvature-continuous trajectory from the waypoints, the position and velocity demands are presented as the equality constraints. Virtual positions are introduced to reduce the oscillation, and the total execution time of the whole trajectory is selected as the optimization parameter to reduce the computational burden. Then, an equivalence transformation is provided to translate the error system into an affine form, which is beneficial for the feedback controller design. Based on this, a nonlinear trajectory tracking controller is proposed, which includes a feedforward controller and an error feedback controller, and its exponential stability is proved using Persistency of Excitation Lemma. In addition, a shunting neural dynamics model is employed to avoid sharp velocity jumps. Finally, the performed experiments verify the effectiveness of the proposed method.     

Trajectory tracking control of a 3-CRU translational parallel robot based on PD+robust controller

In order to suppress the external disturbances existing in the trajectory tracking process of the 3-CRU parallel robot, a trajectory tracking control method based on PD+robust controller is proposed in this paper. The kinematic model of the 3-CRU parallel robot is established to solve the kinetic energy and potential energy of the system. The basic dynamic model of the 3-CRU parallel robot is obtained based on Lagrangian formulation, and the complete dynamic model of the parallel robot is established by introducing Coulomb and viscous friction. Based on the analysis of the factors affecting the stability of PD controller, a trajectory tracking control method based on PD+robust controller is proposed, and it is proved theoretically that the system converges stably and has a good external disturbance suppression effect. The method has the characteristics of easy implementation and strong applicability of PD controller and strong robustness of robust controller. Experimental results prove the effectiveness of this method.

     

履带式地面移动机器人动力学模型分析

针对目前履带式地面移动机器人系统的建模、仿真和控制研究很不完善的问题,将移动式模块化的机械手做一个整体结构考虑,建立了一种非完整约束的履带式机器人系统模型.运用极限理论进行了正向运动学分析;考虑履带与地面的相互作用因素,对移动机器人进行了转向动力学分析,以求得滑转率曲线;利用机器人Lagrange动力学方法和非完整动力...     

基于运动模式在线分类的移动机器人目标跟踪

区别于以往采用固定运动模式的目标跟踪研究,提出一种基于单目视觉传感器的人体运动模式在线识别算法,及基于此算法的人体目标跟踪方法。首先,利用视觉信息检测运动目标,并提取其视觉特征;然后通过单目视觉深度提取算法,获取目标的运动特征;接着将连续几帧的特征变化矢量送入随机森林(RF)进行学习,实现对人体运动模式的在线分类;最后根据分类结果在线选取不同的目标运动模型,并利用近似最优的粒子滤波器实现对目标运动状态的准确估计。实验结果证明了本文提出算法的有效性。     

基于屏障 Lyapunov 函数的上肢康复机器人 自适应主动交互训练控制

针对上肢运动功能障碍患者进行辅助康复训练,搭建了一套上肢康复外骨骼机器人系统,并提出一种基于屏障Lyapunov函数的增广神经网络自适应导纳控制策略。首先,介绍了上肢康复外骨骼的机械机构及其控制系统。然后,推演了控制器的设计过程并进行了Lyapunov稳定性证明。最后,分别进行了不同控制内环的轨迹跟踪被动训练实验和不同导纳参数下基于人机交互力的主动交互训练实验,同时分析比对了主动训练时的人机交互力与轨迹偏差的变化关系。被动训练实验结果证明了增广神经网络对人机模型动力学的逼近效果,其轨迹跟踪峰值误差为模糊PID控制器的53%。主动交互训练实验证明了通过调整导纳参数可实现在相同训练任务下不同强度的康复训练以匹配不同康复阶段下的患者。     

基于FNTFSMC的国产腹腔镜手术机器人轨迹控制

针对国产腹腔镜手术机器人轨迹跟踪控制的关键问题,在动力学模型的基础上,构建了自适应模糊滑模控制系统。该方法采用快速非奇异终端滑模面,确保系统能够在有限时间内收敛,并且避免了控制奇异的问题,同时运用模糊逻辑控制,根据系统误差的变化动态调节滑模切换项的大小,在保留滑模控制鲁棒性的基础上,减小了系统的抖振,提高了被控系统的跟踪精度和鲁棒性。仿真结果显示,所设计的方法具有收敛速度快、稳态精度高、力矩脉动小的特点,能够将位置的收敛时间从0. 6～0. 9 s减小到0. 1 s,稳态误差峰值由0. 035 rad减小到0. 01 rad。针对动物活体组织的实验结果显示,所设计的控制系统能够实现机械手术臂对医生操作信息的准确跟踪,为手术的顺利实施提供了保障。