基于轨迹跟踪车式移动机器人编队控制

针对车式移动机器人的运动学模型特点, 提出一种基于轨迹跟踪多机器人编队控制方法. 首先利用编队结构参数确定队形, 根据编队轨迹和相关参数生成虚拟机器人, 把编队控制转化为跟随机器人对虚拟机器人的轨迹跟踪; 然后运用反步法构造车式移动机器人轨迹跟踪系统的Lyapunov 函数, 通过使该函数负定, 得到跟随机器人的轨迹跟踪控制器; 最后在Microsoft robotics developer studio 4 (MRDS4) 中搭建3D 仿真平台, 设计了3 组实验, 所得结果表明了所提出方法的有效性.     

多移动机器人的领航-跟随编队避障控制

针对多移动机器人的编队控制问题,提出了一种结合Polar Histogram避障法的领航-跟随协调编队控制算法。该算法在领航-跟随l-φ编队控制结构的基础上引入虚拟跟随机器人,将编队控制转化为跟随机器人对虚拟跟随机器人的轨迹跟踪控制。结合移动机器人自身传感器技术,在简单甚至复杂的环境下为机器人提供相应的路径运动策略,实现实时导航的目的。以两轮差动Qbot移动机器人为研究对象,搭建半实物仿真平台,进行仿真实验。仿真结果表明:该方法可以有效地实现多移动机器人协调编队和避障控制。     

基于RTK-GPS的轮式移动机器人轨迹跟随控制

针对轮式移动机器人的轨迹跟随问题,提出了一种基于RTK-GPS(real-time kinematic GPS)的轨迹跟随控制方法.首先,将GPS(全球定位系统)轨迹地图和机器人实时的RTK-GPS经提出的坐标转换模型转换到同一平面坐标系.因为RTK-GPS受干扰时会出现GPS点跳变,所以采用标准卡尔曼滤波器进行滤波,用最优估计值作为机器人真实的位置.通过遍历轨迹地图找寻初始最近目标点,然后不断更新目标点并采用角度偏差比例-微分控制器实时控制机器人的转向,实现了轮式移动机器人的轨迹跟随.最后,在改型轮式移动机器人上进行了实验,实验结果表明整体算法具有较高的可靠度,跟随具有代表性的"蛇"形轨迹和"8"字形轨迹时分别将偏差控制在0.42 m以内和0.67 m以内.     

主从遥操作下双臂机器人的阻抗控制策略研究

在遥操作机器人系统中,从端机器人不仅需准确地跟随主端设备的运动,还需与外界环境保持合适接触力,以避免因接触力过大对机器人和环境造成破坏.由于遥操作机器人系统中主从端设备是分离的,要实现遥操作下柔顺接触是极具挑战的.为了提高遥操作机器人系统任务执行的安全性,本文结合运动映射提出一种主从遥操作下阻抗控制策略.首先,通过提出主从端运动映射策略,将主从端设备联系起来,并获得从端机器人运动的目标位姿.接着,为了实现机器人末端执行器与环境的柔顺接触,提出阻抗控制策略,建立机器人与外界环境之间的位置和接触力的动态响应关系.同时,引入虚拟排斥力,让从端机器人的双臂在可行的空间中运动,从而提高了机器人操作的柔顺性和安全性.设计了机器人拖拽和白板擦拭两个实验来验证方法有效性.实验结果表明,所提出方法可实现机器人在具有接触的任务中的柔顺操作,可提高操作的安全性.     

基于改进动态窗口法的移动机器人路径规划研究

针对传统动态窗口法应用在移动机器人路径规划中存在目标不可达、陷入局部最优等缺陷,提出了一种改进动态窗口法。首先,在传统动态窗口法的基础上,考虑到移动机器人自身状态和动力学模型,提出了障碍物膨胀模型,提高在真实环境下机器人运行的安全性。其次,针对传统动态窗口法评价函数,提出了目标距离评价子函数,增强了移动机器人运动的稳定性和轨迹的平滑性。利用MATLAB进行仿真实验对比,结果表明:在静态环境和动态环境下,改进动态窗口法的规划速度和路径规划性能较传统动态窗口法获得了一定的提升,能够较好适应移动机器人在复杂环境下的路径规划需要。     

基于虚拟子目标的移动机器人主动寻径导航

纯粹的反应式导航算法有时会出现“没有远见现象”,为此设计了一种基于行为和虚拟路径子目标的 移动机器人主动寻径导航策略．该策略首先在机器人的局部探测域内运用改进的可视点寻径法寻找最优虚拟子目 标,接着使用行为决策树实现快速的行为决策．机器人将如人类寻路一样,主动地灵巧绕过障碍物,基于圆弧轨迹 的运动方式使之能以平滑的路径到达目标．仿真结果验证了本策略的可行性和有效性．     

一类非完整移动机器人编队控制方法

针对大部分两轮非完整移动机器人轮轴中心与几何中心不重合的特点, 提出一种多机器人协调编队控制算法. 构造队形参数矩阵确定编队形状, 根据领航机器人和相关队形参数生成虚拟机器人, 把编队控制分解为跟随机器人对虚拟机器人的轨迹跟踪. 建立虚拟机器人与跟随机器人之间误差系统模型, 利用Lyapunov 理论设计相应控制器, 从而实现队形保持和变换. 应用microsoft robotics developer studio 4(MRDS4) 搭建3D 仿真平台, 设计3 组实验, 结果进一步验证了所提出方法的有效性.

     

基于模糊力控制算法的移动机器人避障控制

根据机器人的末端执行器和外界环境表面接触与移动机器人避障控制的相似点,将力/位置控制成功应用到移动机器人的避障控制领域内.对新颖的移动机器人避障控制算法是通过在移动机器人和障碍物之间形成虚拟力场,且对其进行整定以使两者之间能保持期望的距离.因为机器人动力学模型和障碍物的不确定性会对避障控制性能造成影响,为避免碰撞,采用模糊PD的智能混合力/位置控制来整定机器人和障碍物精确距离的力场.通过仿真研究证明了算法的有效性,可为机器人设计提出可靠依据.     

复杂环境下的自由空间中自主跟随移动目标的多信息融合方法与应用

针对跟随机器人在多障碍物的自由空间中,难以对移动目标定位、运动估计并主动跟随的问题,提出一种复杂环境下的自由空间中自主跟随移动目标的多信息融合方法,在移动目标与跟随机器人之间建立多信号源冗余信道,通过扩散式信道切换观测多个信号源信息,合理设计权值进行信息融合,计算出移动目标的中心位置及运动速度和方向。由此,建立多信号源定位模型,分析得出跟随机器人与移动目标间出现障碍物时的跟随方法。在此基础上,设计了随动式的跟随定位系统并进行实验,结果表明:该方法能快速、准确地实现自由空间中跟随机器人在对移动目标的自主跟随。     

基于单应性矩阵的移动机器人编队跟随控制

本文针对以领航跟随模型为代表的移动机器人编队系统提出了一种基于单应性的编队跟随控制方案,在给定理想队形间隔距离和理想期望图像的前提下,利用单应性矩阵构造可反映理想队形中跟随机器人实时位姿的虚拟机器人,将原先的编队问题转化为对虚拟机器人的轨迹跟踪问题.编队跟随过程中,领航机器人的速度采用估计的方式,利用单应性与速度之间的关系模型以及跟随机器人的实时速度能较为准确的估计领航速度,从而避免采用局部通信的方式,节省了编队实验成本.最后本文进行的半实物仿真以及实物实验均可验证所提出的编队跟随算法包括速度估计方法的实际有效性.