基于UKF的移动机器人主动建模及模型自适应控制方法

利用基于无色卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter, UKF）的状态和参数联合估计方法对移动机器人进行在线主动建模,基于该主动模型的逆动力学控制方法,实现了移动机器人对其自身不确定因素的自主性. 在针对全方位移动机器人的仿真实验中,验证了UKF对时变的状态和参数的收敛性和跟踪能力,并给出了不确定界. 基于主动建模的逆动力学控制方法与常值PID控制方法的比较结果,验证了该方法的有效性.     

三轮驱动移动机器人轨迹跟踪控制

针对三轮驱动移动机器人在轨迹跟踪控制过程中运动不平滑的问题,建立了移动机器人在一定运动约束条件下的运动学模型。根据移动机器人位姿误差微分方程的描述,设计了基于后退时变状态反馈方法的移动机器人轨迹跟踪控制器。基于李雅普诺夫方法,对轨迹跟踪控制器的稳定性进行了分析,证明了该控制器能够保证闭环系统全局一致渐进稳定。仿真结果验证了运动学模型的正确性,以及轨迹跟踪控制器的有效性。     

非完整移动机器人道路跟踪控制器设计及应用

讨论一类非完整约束条件下的移动机器人道路跟踪控制问题，综合后推方法与模糊滑模控制方法设计非完整移动机器人的状态反馈控制系统，并根据Lyapunov稳定性定理后推设计时变光滑反馈控制律，当存在较大侧向误差时，模糊滑模控制器确保移动机器人沿稳定的工作区域减小误差；当误差比较小时，时变光滑状态反馈控制实现对移动机器人的平稳镇定，采用移动机器人Amigobot作为实验平台，验证了控制器设计的有效性。     

移动机器人的线性自抗扰控制设计与实验验证

为了实现移动机器人的高精度轨迹跟踪控制, 设计了一种基于扩张状态观测器的扰动抑制方法和相应的 实验验证平台. 首先, 考虑到不确定扰动如车轮纵向和侧向滑动对移动机器人系统控制性能的影响, 建立了受扰下 的运动学模型; 然后, 基于扩张后的运动学模型设计了扩张状态观测器来估计系统扰动; 接着, 利用扰动估计构建 了线性自抗扰控制器, 并利用Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性; 同时, 基于MATLAB/Simulink软件和微控制 器搭建了所推荐控制算法的实验验证平台. 最后, 仿真和实验结果都验证了所提出控制方法的有效性.     

基于多传感器融合的机器人编队ADRC控制

针对移动机器人编队问题,设计了一种基于多传感器信息融合和自抗扰控制器的编队控制系统。首先,为提高机器人的定位精度,采用卡尔曼滤波算法对激光数据和里程计数据进行融合,以更加精确的获得移动机器人的坐标信息,并建立主从机器人轨迹跟踪误差模型。进而设计了自抗扰控制器,完成扩张状态观测器以及控制规律的设计,实现移动机器人的跟踪编队控制。最后,设计了编队控制实验平台,并在该平台上验证了所提出方法的有效性和优越性。     

含有摩擦补偿的全方位移动机器人自抗扰控制

本文针对全方位移动机器人轨迹追踪中的摩擦补偿问题,提出了一种改进的非线性自抗扰控制器.首先建立了含有经典静态摩擦模型的全方位移动机器人动力学模型.其次,基于该模型设计非线性控制器和线性扩张状态观测器并给出了系统的稳定性分析.通过将模型已知项加入线性扩张状态观测器中得到摩擦力的估计值,并将估计值用于非线性控制器中摩擦补偿部分.为减小摩擦力对机器人低速运动轨迹追踪控制的影响,非线性控制器采用变增益控制器进行轨迹追踪控制.最后通过仿真结果验证本文提出控制器的有效性.     

基于Qt的移动机器人上位机软件设计与实现

为了实现移动机器人运行过程状态数据的可视化,以面向对象的C++编程语言,设计了一款基于跨平台的Qt图形库框架的上位机监测软件。该软件对接收到的状态数据进行解码、分离并绘制移动机器人实时运行轨迹和状态信息波形曲线等功能。首先概述了自行设计搭建的移动机器人硬件平台的结构和原理以及软件的实现流程;然后简要介绍了上位机软件的开发环境,并阐述了软件的各项功能以及其设计与实现过程;最后以移动机器人路径跟踪运动控制作为实验对象,验证了所设计上位机软件的有效性。     

具有MY轮的全方位移动机器人运动学研究

根据MY轮的结构特点建立了由MY轮组成的全方位移动机器人的运动学模型.分析了由于轮结构带来的运动学特性.对全方位移动机器人在运动过程中的振动、控制及误差进行了深入研究.提出了通过优化接触距离及MY轮转速来减小机器人运动误差的控制方法.为获得优化结构,比较了三轮结构和四轮结构的运动学特性.同时应用正弦控制规律来合理控制MY轮的转动,改善了机器人的运动稳定性.仿真结果充分证明了分析的正确性.     

农业轮式移动机器人反演自适应滑模轨迹跟踪控制

为提高农业轮式移动机器人路径跟踪控制的鲁棒性,提出一种基于农业轮式移动机器人反演自适应滑模控制策略。运用反演控制设计其运动学控制律,保证位置跟踪误差渐进收敛到零;根据动力学模型,设计自适应滑模动力学控制律,实现农业轮式移动机器人左右轮平稳的运行;运用李雅普诺夫定理保证闭环系统的最终一致稳定性。仿真实验验证了该方法的有效性和优越性,能够实现正弦型曲线路径跟踪。     

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.     

轮式移动机器人曲线行走控制的实现

从实用的角度出发,对轮式移动机器人沿曲线轨迹行走的控制进行了研究。设计了电机伺服控制系统和定位模块来实现机器人的运动控制系统功能,并基于移动机器人动力学模型设计了稳定有效的曲线行走控制算法。机器人沿抛物线和椭圆轨迹行走的实验结果表明,移动机器人曲线行走控制的硬件结构和软件功能是可行实用的,该户外轮式移动机器人运动控制系统的结构设计和功能设计符合实用要求,具有一定的应用价值。     

基于Paden-Kahan子问题的冗余度机器人运动学求解

针对7DOF机器人的逆运动学求解问题,提出了一种可提高运动控制精度的混合算法.这种算法使用 旋量理论来描述机器人的运动.它首先求出对运动学性能指标进行优化的速度级逆解;然后固定一个特殊关节,将 问题转化为非冗余度机器人的运动控制,应用Paden-Kahan子问题法得到逆运动学封闭解.通过仿真实例,证实了 这种混合算法的有效性.     

轮式足球机器人平滑运动轨迹控制算法的研究--Robocup系列研究之四

介绍一种轮式足球机器人的平滑运动轨迹控制算法。为了更简洁有效地驱动足球机器人平滑快速地跟踪目标位置与姿态，在控制其移动的过程中应平滑连续地改变其速度和方向。提供了一种基于双积分系统时间最优Bang-Bang控制的轨迹生成及控制算法，在模拟引导轨迹的引导下进行连续的速度控制引导机器人平滑高速跟踪运动轨迹并按要求调整其末端姿态。通过一系列的仿真结果来体现该控制算法的高效性和准确性。     

Motion planning algorithms of an omni-directional mobile robot with active caster wheels

This work deals with motion planning algorithms of an omni-directional mobile robot with active caster wheels. A typical problem occurred in the motion control of such omni-directional mobile robot, which has been identified through experimental experiences, is skidding of the mobile wheel. It sometimes results in uncertain rotation of the steering wheel. To cope with this problem, a motion planning algorithm which resolves the skidding problem and uncertain motions of the steering wheel is mainly investigated. For navigation of the mobile robot, the posture of the omni-directional mobile robot is initially calculated using the odometry information. Then, the accuracy of the mobile robot’s odometry is measured through comparison of the odometry information and the external sensor measurement. Finally, for successful navigation of the mobile robot, a motion planning algorithm that employs kinematic redundancy resolution method is proposed. Through simulations and experimentation, the feasibility of proposed algorithms was verified.     

移动机器人的队形控制及其主动避障

在这篇论文中, 我们利用一个统一的算法框架来解决移动机器人的队形控制和主动避障问题, 使得编队中的从机器人在避开障碍物的同时, 能够与被跟踪的主机器人保持期望的相对距离或相对方位. 在现有的关于主—从跟踪编队控制的文献中, 为了实现对主机器人快速准确的跟踪, 从机器人在跟踪控制时需要主机器人在惯性坐标系下的绝对运动速度作为队形跟踪控制器的输入. 然而, 在一些环境中, 主机器人的绝对运动状态很难获得. 这里, 我们将利用主—从机器人之间的相对速度来建立机器人编队系统的运动学模型. 基于这个模型的编队控制方法将不再需要测量主机器人的绝对运动速度. 进一步地, 上述的建模和控制方法被扩展为一个移动机器人的动态避障方法, 该方法利用机器人与障碍物之间相对运动状态作为避障控制器的信息输入. 利用由三个非完整移动机器人组成的多机器人系统, 验证了所提出编队控制方法的有效性.     

基于梯度自适应极值搜索算法的趋光控制研究

源定位已成为国内外研究的热点问题,为了在实验室环境下研究移动机器人的趋光性,对源定位理论方法进行了研究,设计了地面移动机器人光源定位平台,通过该平台来验证趋光理论的可行性。首先,利用对角线控制策略和梯度自适应极值搜索算法分别进行趋光实验,完成移动机器人对光源的定位。其次,使用MeanShift目标跟踪算法跟踪移动机器人的运动轨迹。最后,绘制出光源强度分布等值线并分析了移动机器人的运动轨迹。相比于对角线控制策略,梯度自适应极值搜索算法根据当前区域梯度值自适应调整反馈增益参数,提高了源定位效率,并在光源定位平台验证了该算法的有效性和稳定性。     

Navigation strategy of multiple mobile robot systems based on the null-space projection method

This paper deals with a navigation algorithm for swarm robot systems in which multiple mobile robots work together. The motion of each mobile robot is modeled in such a way to have more inputs than the number of outputs. The null-space projection method of this model is employed to resolve the motion of the swarm robot system while avoiding obstacles. The feasibility of the proposed navigation algorithm is verified through a simulation study using several swarm robot models.     

A human–robot interface for mobile manipulator

This paper presents a remote manipulation method for mobile manipulator through operator’s gesture. In particular, a track mobile robot is equipped with a 4-DOF robot arm to grasp objects. Operator uses one hand to control both the motion of mobile robot and the posture of robot arm via scheme of gesture polysemy method which is put forward in this paper. A sensor called leap motion (LM), which can obtain the position and posture data of hand, is employed in this system. Two filters were employed to estimate the position and posture of human hand so as to reduce the inherent noise of the sensor. Kalman filter was used to estimate the position, and particle filter was used to estimate the orientation. The advantage of the proposed method is that it is feasible to control a mobile manipulator through just one hand using a LM sensor. The effectiveness of the proposed human–robot interface was verified in laboratory with a series of experiments. And the results indicate that the proposed human–robot interface is able to track the movements of operator’s hand with high accuracy. It is found that the system can be employed by a non-professional operator for robot teleoperation.     

基于BP神经网络的移动机器人避障设计及仿真

为了解决移动机器人在复杂环境中如何高效精确地躲避障碍物的问题,提出了一种基于BP神经网络的避障方法。建立了机器人的避障运动模型并设计了神经网络避障控制系统;分析了机器人在运动过程中与障碍物的位置关系,使用超声波传感器采集距离信息,进行BP神经网络输入、输出训练并采用Matlab工具进行仿真试验。结果表明,该方法可以高效精确地实现移动机器人的自主避障,运行相对稳定、轨迹连续平滑,达到了较为理想的避障效果。验证了方法的可行性和有效性,为移动机器人自主避障提供了一种新的控制方法。     

轮式移动机器人瞬态模型鲁棒自适应同步终端滑模编队控制

在轮式移动机器人协同编队问题中,如何保证移动机器人在追踪自身期望轨迹的同时,又能实现与其他机器人运动同步的问题对控制算法的设计提出了更高的要求.本文提出一种基于图论的鲁棒自适应同步终端滑模控制算法来解决这一问题.首先介绍了轮式移动机器人非线性运动学瞬态模型,该模型避免了一般运动学模型多输入耦合互相干扰的问题.然后根据交叉耦合误差设计同步控制算法实现运动同步,通过鲁棒控制对系统外部干扰进行抑制,自适应律保证切换增益实时调节.运用Lyapunov方法进行了稳定性分析,证明了系统追踪误差的收敛性.最后通过MATLAB仿真验证了所设计算法的有效性.