轮式移动机器人快速轨迹跟踪

为了克服轮式移动机器人响应能力的有限性、保证轮式移动机器人快速跟踪给定的参考轨迹,本文充分利用预演信息(即提前获取的将来参考信息),设计预演控制策略、调节轮式移动机器人的驱动电压来控制机器人,使其快速跟踪给定的参考轨迹.首先,针对运动学模型设计虚拟控制器以保证轮式移动机器人能够渐近跟踪给定的参考轨迹.其次,建立了虚拟控制器的离散时间线性状态空间模型.再次,基于轮式移动机器人的动力学模型和虚拟控制器的线性模型,将轨迹跟踪控制问题等价转化成一个具有已知输入的线性二次调节问题.最后,基于Riccati方程的解,给出了最优预演控制策略的反馈增益.事实上,本文所提出的为虚拟控制器建立线性状态空间模型的方法适用于任意离散信息,这极大地方便了信息的处理与提前使用;另一方面,由于提前使用了参考信息,本文所提的预演控制策略能够快速地跟踪给定的参考轨迹.仿真实验以类正弦曲线为参考轨迹进行跟踪,结果表明:所提控制策略能使轮式移动机器人的速度与轨迹跟踪误差快速地趋于零,验证了所提预演控制算法的有效性.     

基于速度观测器的移动机器人轨迹跟踪控制

提出了一种无需纵向速度测量的新的移动机器人轨迹跟踪控制方法,可以采用速度观测器替代纵向测量装置来确定移动机器人的运动速度.设计了一种基于速度观测器的轨迹跟踪控制器.控制器设计是以轮式及履带式移动机器人模型及其所采用的驱动电机数学模型为基础,具有两种实用性能：（1）控制器不需要很精确的移动机器人模型参数和驱动电机参数,就可以很好地在一个闭环控制系统中减小跟踪误差;（2）在理论上仅需要通过一个设计参数的设置就能够有效地控制跟踪误差范围.     

力矩受限的非完整WMR镇定与轨迹跟踪统一预测控制

针对动力学模型描述的非完整轮式移动机器人,研究了存在控制输入约束情况下的镇定及轨迹跟踪统一预测控制问题.基于控制Lyapunov函数,设计了满足稳定性条件及输入约束的终端控制器,给出了相应的终端域,分别以跟踪圆轨迹和并行泊车为例给出了轨迹跟踪与镇定控制的仿真结果.     

基于模型不确定补偿的轮式移动机器人反演复合控制

针对轮式移动机器人存在模型不确定性、非线性以及未建模的动态特性等因素,严重影响系统轨迹跟踪的稳定性和精确性,提出一种基于系统模型不确定性补偿的反演复合控制策略。基于非完整轮式移动机器人的运动学模型,采用反演控制思想以及李雅普诺夫稳定性判据设计轨迹跟踪的虚拟速度控制量,作为系统的持续激励输入。考虑轮式移动机器人具有模型不确定性和外部有界力矩干扰,根据轮式移动机器人的动力学模型推导得到系统不确定项,并采用具有高度非线性拟合特性的神经网络对其估计,得到模型的力矩控制量,且由李雅普诺夫稳定性分析得到不确定项的自适应律,实现自调整和实时轨迹跟踪。对比仿真表明,该复合控制策略能自适应的跟踪期望轨迹,与单一的反演控制、模型不确定性补偿控制策略、传统PID控制相比,均具有更好的鲁棒性和高的跟踪精度。     

非完整城市排水管道机器人反演跟踪控制

近年来,用于城市排水管道检测的轮式移动机器人因其灵活性而受到人们的关注。轮式移动机器人为欠驱动系统,具有非完整约束,对其控制策略的研究可以促进非完整控制理论的发展。基于轮式移动机器人的动力学模型,提出一种反演跟踪控制方法,实现其高精度跟踪控制。通过建立机器人动力学模型,对模型进行解耦,针对解耦后的子系统分别设计线速度和角度跟踪控制器。仿真结果验证了所提控制方法的有效性。     

考虑万向轮扭转角扰动轮式移动机器人轨迹跟踪

为了研究轮式移动机器人运动过程中万向轮扭转的扰动对其轨迹跟踪的影响,提出了一种考虑前端万向轮摩擦扰动及其质心与几何中心不重合的轨迹跟踪控制方法。首先,建立了考虑万向轮扭转角扰动的轮式移动机器人动力学模型;其次,根据位姿误差模型,采用反步法设计虚拟速度控制器收敛系统位姿误差;然后,结合扰动观测器对机器人行进过程中万向轮扭转所带来的摩擦扰动进行估计,构造出一种基于积分滑模思想的力矩控制器以保证速度追踪;最后,利用Lyapunov稳定性理论对系统的稳定性和渐近收敛进行证明。仿真及实验结果表明,将万向轮摩擦所带来的扰动反馈给动力学控制器,可以减轻控制器的负载。与忽略万向轮扰动的控制方法相比,轮式移动机器人的位置误差最大值的均方根值降低了37.37%,提高了运动系统的稳定性。     

约束非完整移动机器人轨迹跟踪的非线性预测控制

针对存在非完整约束和控制输入约束的轮式移动机器人动力学模型,研究了其全动态误差系统准无限时域非线性模型预测控制策略,通过沿名义轨迹在线线性化获取局部稳定化控制器及不变终端域,以跟踪"8"字形轨迹为例进行了仿真,结果表明,闭环系统在满足控制输入条件下具有良好的跟踪性能。     

基于扰动观测器的轮式移动机器人滚动时域路径跟踪控制

轮式移动机器人路径跟踪控制问题中通常存在状态约束和输入约束,并且系统运行时容易受到外部扰动的影响。本文基于非线性扰动观测器提出了一种轮式移动机器人滚动时域路径跟踪控制策略。当没有外部扰动作用于系统时,滚动时域控制算法可以满足控制约束和状态约束,并且使得轮式移动机器人跟踪期望的轨迹;当存在外部干扰,尤其是慢变扰动时,非线性扰动观测器能够估计扰动,并通过反馈补偿扰动对轮式移动机器人移动轨迹的影响。仿真结果表明,在外部干扰存在的情况下该控制策略能够保证移动机器人渐近跟踪期望路径。     

两轮自平衡机器人运动控制研究

轮式移动机器人是典型的不完整控制系统,其自身的不确定性影响控制的性能.以两轮自平衡机器人为研究对象,建立了机器人的运动学与动力学模型.利用多惯性传感器信息融合建立的基于T-S模糊模型的模糊控制器有效地解决了两轮自平衡机器人平衡控制的问题,并同时对轨迹跟踪的问题进行了探讨.仿真结果表明,通过多惯性传感器的信息融合建立的控制器对于机器人的平衡和跟踪问题是有效的,并在实际的实验中得到了验证.     

球上平衡移动机器人线性二次型最优控制

对一种在球上平衡的轮式移动机器人系统进行了动力学分析,运用拉格朗日方程法建立了其动力学模型,根据系统的特点提出了一种线性二次型最优控制方法,用于机器人的控制。仿真结果表明,所设计的线性二次型最优控制器可以有效地实现球上平衡移动机器人的平衡控制、定位控制和轨迹跟踪控制,并且整个控制过程具有响应速度快、超调小、抗扰动能力强等特点。     

一种轮式移动机器人滑模轨迹跟踪控制器设计及其参数优化方法

为实现轮式机器人轨迹跟踪控制,以双闭环控制方案为基础,在每个闭环子系统中设计滑模控制器,并将粒子群算法应用其中,优化控制器参数,达到更好的跟踪效果.通过仿真验证了所设计的控制器能够实现轨迹跟踪,并且相较于人工经验整定的参数,通过优化得到的参数使控制器的控制性能更加优越.     

Real-time Non-linear Target Tracking Control of Wheeled Mobile Robots

A control strategy for real-time target tracking for wheeled mobile robots is presented.Using a modified Kalman filter for environment perception,a novel tracking control law derived from Lyapunov stability theory is introduced.Tuning of linear velocity and angular velocity with mechanical constraints is applied.The proposed control system can simultaneously solve the target trajectory prediction,real-time tracking,and posture regulation problems of a wheeled mobile robot.Experimental results illustrate the effectiveness of the proposed tracking control laws.     

Real-time Non-linear Target Tracking Control of Wheeled Mobile Robots

A control strategy for real-time target tracking for wheeled mobile robots is presented. Using a modified Kalman filter for environment perception, a novel tracking control law derived from Lyapunov stability theory is introduced. Tuning of linear velocity and angular velocity with mechanical constraints is applied. The proposed control system can simultaneously solve the target trajectory prediction, real-time tracking, and posture regulation problems of a wheeled mobile robot. Experimental results illustrate the effectiveness of the proposed tracking control laws.     

基于视觉的移动机器人轨迹跟踪

借助视觉反馈,研究了质心与几何中心不重合的非完整移动机器人轨迹跟踪控制问题。利用固定在天花板上的摄像机系统,作者提出了一种基于视觉伺服的运动学跟踪误差模型;基于这个模型,在质心与几何中心和视觉参数未知的情形下,作者设计了自适应轨迹跟踪控制器,并运用李雅普诺夫方法严格证明了闭环系统的稳定性。Matlab仿真证明了控制器的有效性。     

基于终端滑模的移动机器人轨迹跟踪控制

分析了具有不确定性非完整约束移动机器人系统的轨迹跟踪问题。在运动学模型分析的基础上,利用非奇异终端滑模技术,提出了一种新的轨迹跟踪控制算法,该算法消除了传统滑模控制带来的奇异问题。基于后退方法的思想设计系统状态变量,将系统分解为低阶子系统处理,简化了控制律的设计。结合Lyapunov方法,证明了在该控制律作用下,对满足一定速度条件的期望轨迹,移动机器人完全能够实现轨迹跟踪。仿真实验结果表明了该方法的有效性。     

配置机械手的轮式移动机器人目标物体跟踪与抓取

针对配置机械手的室内轮式移动机器人目标物体识别、跟踪和抓取问题,采用一种目标物体识别和机器人定位的方法,利用一种基于模糊控制的轮式移动机器人视觉伺服跟踪控制的方法。针对机器人目标识别跟踪及抓取过程中受环境条件变化的影响,采用HSI颜色模型和基于阈值的区域分割的图像处理方法可以完成目标颜色物体的快速准确识别。基于云台摄像机角度信息的机器人小车目标定位方法和模糊控制理论,设计了模糊跟踪控制器,使机器人输出合适的线速度和角速度,能够实现机器人目标跟踪,使移动机器人趋近目标物体位置,并完成机械手目标物体抓取任务。仿真和实时实验结果表明：所设计的系统具有良好的目标物体识别、跟踪和准确抓取目标的能力。