一致性理论优化无人机集群编队控制

针对非线性、强耦合特性的无人机集群系统在达到期望稳态队形时速度缓慢而影响作战效率的编队控制问题,提出多智能体一致性理论优化的无人机分布式编队控制算法.算法首先基于一致性理论建立了无人机集群的二阶离散模型,并设计了模型的分布式控制协议,解决了具有非线性特性无人机集群的分布式编队问题;然后通过理论分析和推导,得到了实现期望...     

打滑状态下的多机器人编队控制

讨论打滑状态下的多机器人编队控制器设计问题。打滑现象会使机器人偏离正常的运动轨迹,导致基于理想环境设计的控制器控制效果变差,甚至发生机器人失控的现象。考虑打滑因素的控制算法能使机器人适应更一般的环境,增强机器人的实际可用性。采用领导者-跟随者策略来协调各机器人的运动。领导者机器人的运动规律根据任务需要事先设定,随后控制跟随者机器人以一定距离和角度跟随领导者机器人运动。根据机器人的运动特性导出单机器人在打滑情况下的运动规律,并据此导出两机器人以距离-角度模型形成编队的方程。采用二阶滑模控制法来为跟随者机器人设计控制器,使得两机器人在运动过程中能够形成期望的队形。以Matlab仿真来验证算法的有效性。理论推导及仿真结果说明,导出的编队模型能够准确描述机器人在有打滑情况时的运动规律,二阶滑模编队算法具有较好的抗干扰能力,适用性强。     

基于改进直接模糊自适应反馈控制的多移动机器人编队算法

针对多移动机器人控制系统适应性差、控制精度低的问题,提出一种改进直接模糊自适应反馈控制方法。利用模糊数学理论分别对机器人的理想输入状态量进行逼近,通过模糊逻辑推理得到输出反馈量并实时调整状态量,应用Lyapunov理论保证系统误差的收敛性和系统的稳定性,最后在Matla b中对所设计的WMR动力学和运动学相结合的控制系统进行仿真实验验证。结果表明在所设计的模糊控制器的作用下,实现了多个机器人的编队,并提高了运动系统的控制精度和响应速度。     

多移动微小型机器人编队控制与协作避碰研究

针对多移动微小型机器人系统的协作避碰和队形保持,给出了一种分布式的编队控制方法。结合移动微小型机器人的运动控制模型,提出了一种路径规划方法,使其在运动中实时避免碰撞。在此基础上利用李雅普诺夫(Lyapunov)法设计了一种编队控制器。在有界误差范围内,该控制器能够保证多机器人的轨迹跟踪和协作避碰。通过将编队控制转化为跟踪整个队形质心的轨迹,降低了控制的复杂度,从而可以较好地应用到计算资源有限的多移动微小型机器人中。通过仿真、分析和对比,对以上控制方法的稳定性和可行性进行了验证,并进行了实际的编队和避碰控制实验。实验结果表明该方法可有效地应用于多移动微小型机器人的协作避碰和编队控制。     

一种基于行为的机器人自主控制器

为提高遥操作中从端机器人的局部自主能力,设计了一种机器人自主控制器.该控制器集成了行为选择、基本行为以及命令融合等功能模块,并基于自适应神经模糊推理系统实现了各种基本行为.最后利用该自主控制器进行了基于网络遥操作的精细作业实验,实验表明,将基于行为的自主控制器引入机器人遥操作作业中,可有效提高机器人系统的作业性能.     

基于领航-跟随法的多机器人编队控制

编队控制是多机器人系统研究的核心问题之一,具有广泛的研究价值。针对编队问题,通过对轮式差分驱动机器人运动模型进行分析,并设计相应的控制器。在传统的领航-跟随模型上,引入“虚拟机器人”,将跟随者机器人对领航者机器人的轨迹跟踪转换为跟随者对“虚拟领航者”的轨迹跟踪。首先,预设定实际领航者机器人的行进路径,由实际领航者引导运动方向的运动轨迹被视为主轨迹,虚拟机器人通过数据产生参考点从而生成参考轨迹,跟随者机器人通过对参考轨迹的跟踪与“虚拟领航者”构成轨迹误差跟踪系统。然后通过Lyapunov的控制理论验证控制器的理论可行性,最后在MATLAB/Simulink仿真平台进行实验,通过改变控制参数来使机器人形成相应的期望队形,在较短的时间内,跟随机器人对参考轨迹的跟踪误差趋向于0且速度收敛,验证了编队系统的可行性。     

移动焊接机器人滑模控制研究

分析了移动焊接机器人的运动学模型,给出了切换函数和滑模控制器的实现过程,利用李亚普诺夫函数论证了系统的稳定性.软件仿真结果表明,针对焊接机器人这类高度非线性和不确定性系统,设计的滑模控制器能达到较好的控制品质且有效的减少了系统抖振问题.     

基于领导者和跟随者编队的轮式机器人系统设计CSCD

为提高机器人应对复杂环境的能力,群机器人系统应运而生,即设计多个简单的机器人,通过机器人之间的相互协作完成复杂的任务。设计了一种基于领导者和跟随者编队的轮式监控机器人系统。该系统由领导者监控机器人、跟随者机器人和上位机组成。机器人携带有各种传感器获取环境温度、空气质量以及周围环境等信息,在发生危险时及时通知使用者。使用者通过上位机控制领导者机器人运动,跟随者机器人利用携带的摄像头获取领导者机器人的位置,再通过PID算法实现跟随。整个系统通过机器人的编队协作提高了其运动的高效性、灵活性和鲁棒性。     

开放式5R工业机器人系统设计及分析

以所设计的开放式5R关节型工业机器人为研究对象,分析了该机器人的结构系统设计.该机器人采用基于工控PC及DSP运动控制器的分布式控制结构,具有开放性强、运算速度快等特点,对机器人的控制系统及其工作原理进行了详细的说明.机器人的控制软件采用基于Windows平台下的C++实现,具有良好的人机交互功能,对各组成模块的作用进行了说明.借助于所设计的开放式5R工业机器人系统,可以很好地实现机器人技术训练,也可作为通用机器人.     

全方位移动机器人编队控制研究

针对多机器人系统编队的控制问题,将编队行为分为了任务执行行为、队形保持行为、安全运行行为,并分别对各行为进行了研究,对各种传统编队方法进行了总结和比较,通过建立移动机器人的运动学模型,得到了车体运动的控制参数,提出了针对基于麦克纳姆轮的全方位移动机器人编队的基于行为的融合编队控制算法,利用Matlab软件对编队的各种行为进行了仿真。研究结果表明,该基于行为的融合编队控制算法能使全方位机器人完成编队行为,能够实现队形形成、队形保持、躲避静态障碍物、躲避机器人及驶向目标点等行为,编队基于该方法,实现迅速、可靠性高。     

图像拼接技术在爬壁机器人位置伺服控制系统中的应用

针对传统爬壁机器人对裂缝图像拼接效果差而导致位置控制结果不精准、工作效率较差的问题,提出基于图像拼接的爬壁机器人位置伺服控制系统.选取 STM３２F１０３RCT６ 为主控芯片,采用气动方式设计机械气动结构,利用 PLC 位置伺服控制器实现故障电路检测.设计视觉控制平台,避免强电磁场影响.软件部分依据 CCD 相机实现机器人视觉监测,采用图像拼接技术删除相邻图像的边缘处重叠部分,实现对墙壁裂缝的准确监测,利用机器人运动速度及机器人预设位置轨迹计算爬壁机器人的位置伺服控制值,将该值传输至系统硬件,实现位置伺服控制.由实验结果可知,所设计系统对裂缝全景图像拼接的精准度较高,机器人的位置伺服控制准确率为 ９７．５％ .     

基于人机工程学的虚拟机械手臂运动控制方法

考虑到机械手臂在运动时会受到关节阻尼的作用,使手臂控制的全局稳定性降低的问题,提出一种基于人机工程学的虚拟机械手臂运动控制方法.首先,利用人机工程学构建人体模型架构,将其分为架构层、形态层与尺寸层,并以参数化形式描述表示;然后,通过解析人体模型获取各个关节的连接作用与功能,并计算虚拟机械手臂的运动坐标和运动矢量;再根据雅克比矩阵计算得到机械手臂末端的运动速度;最后,通过构建模糊逻辑系统得到控制模糊隶属度函数,并拟定为输入量输入至运动控制器内,完成对机械手臂的运动控制.     

基于导纳控制算法的电液比例系统联合仿真研究

为了满足某液压机器人对于特殊工况下的混凝土振捣需求,设计了基于导纳算法的柔顺控制器.以电液比例阀控缸系统为研究对象,建立了系统的动态数学模型,并利用 MATLAB 、 AMESim 和 Simcenter３D 软件各自优势,搭建了一种多学科融合的机电液一体化联合仿真平台,对电液比例阀控缸系统进行了弹簧阻尼负载和刚性碰撞 ２ 种不同工况下的多算法联合对比仿真分析.结果表明,设计的导纳柔顺控制器使得电液比例系统具备了对环境刚度的快速响应能力,导纳算法可根据实际负载力对内环位置控制器的位移信号进行及时修正,有效避免剧烈的刚性碰撞,体现良好的柔顺性和鲁棒性.     

树障清理空中机器人的姿态控制器设计

以一种用于对高压线路附近的树障进行清理的树障清理空中机器人为研究对象,分析其姿态控制问题。首先,建立了具有新型结构的树障清理空中机器人的姿态动力学模型和控制分配矩阵。然后,为了克服惯性矩阵的不确定性,采用滑模方法设计姿态控制器;同时,引入非线性函数来改进传统的边界层法以提高控制器性能;接着提出了一种切换控制分配矩阵的方法来解决空中机器人在切割作业过程中的动力学模型变化的问题。最后,在仿真平台上实现了上述控制器。实验结果表明,本滑模控制器具有良好的姿态控制性能,能有效克服机体惯量的不确定性;通过切换控制分配矩阵实现了空中机器人在切割作业过程中的姿态稳定。     

三连杆轮式蛇形机器人设计及运动分析

为了克服被动轮驱动蛇形机器人运动能力弱的缺点,提出了一种新型三连杆主动轮驱动蛇形机器人。该蛇形机器人由多个被动关节连接的串联连杆组成,每个连杆的中心都有一个主动全向轮。全向轮的驱动力只作用于横向,而机器人则沿纵向运动。此外,针对该蛇形机器人具有非完整约束和欠驱动的特点,采用局部坐标系,设计了一种带有防滑功能的运动控制器,使运动和关节角度互不干涉。蛇形机器人蜿蜒爬行实验结果表明,所提出的设计是可行的,且运动控制器有效避免了全向车轮的打滑问题,提高了整个系统的稳定性。     

Wall-following control of a two-wheeled mobile robot

Wall-following control problem for a mobile robot is to move it along a wall at a constant speed and keep a specified distance to the wall.This paper proposes wall-following controllers based on Lyapunov function candidate for a two-wheeled mobile robot (MR) to follow an unknown wall. The mobile robot is considered in terms of kinematic model in Cartesian coordinate system. Two wall-following feedback controllers are designed: full state feedback controller and observer-based controller. To design the former controller, the errors of distance and orientation of the mobile robot to the wall are defined, and the feedback controller based on Lyapunov function candidate is designed to guarantee that the errors converge to zero asymptotically. The latter controller is designed based on Busawon’s observer as only the distance error is measured. Additionally, the simulation and experimental results are included to illustrate the effectiveness of the proposed controllers.     

Vision-based stabilization of nonholonomic mobile robots by integrating sliding-mode control and adaptive approach

Vision-based pose stabilization of nonholonomic mobile robots has received extensive attention.At present,most of the solutions of the problem do not take the robot dynamics into account in the controller design,so that these controllers are difficult to realize satisfactory control in practical application.Besides,many of the approaches suffer from the initial speed and torque jump which are not practical in the real world.Considering the kinematics and dynamics,a two-stage visual controller for solving the stabilization problem of a mobile robot is presented,applying the integration of adaptive control,sliding-mode control,and neural dynamics.In the first stage,an adaptive kinematic stabilization controller utilized to generate the command of velocity is developed based on Lyapunov theory.In the second stage,adopting the sliding-mode control approach,a dynamic controller with a variable speed function used to reduce the chattering is designed,which is utilized to generate the command of torque to make the actual velocity of the mobile robot asymptotically reach the desired velocity.Furthermore,to handle the speed and torque jump problems,the neural dynamics model is integrated into the above mentioned controllers.The stability of the proposed control system is analyzed by using Lyapunov theory.Finally,the simulation of the control law is implemented in perturbed case,and the results show that the control scheme can solve the stabilization problem effectively.The proposed control law can solve the speed and torque jump problems,overcome external disturbances,and provide a new solution for the vision-based stabilization of the mobile robot.     

基于Simulink∕RTW的机器人遥操作系统的设计与实现

以实际工业应用为背景,基于Simulink / RTW,设计了一套机器人遥操作系统.在SolidWorks软件和MATLAB / Simulink环境下,分别构建了从机械手的三维模型和遥操作系统的控制模型,通过合适的软件接口,实现了遥操作系统的可视化联合仿真.在此基础上,通过Simulink / RTW工具箱,配合封装的I / O硬件功能模块,实现了快速原型代码的自动生成.使用Links Box实时仿真器作为下位机,通过电机运动控制卡实现与各关节电机驱动及各类传感器的连接,完成遥操作系统的设计.最后,对遥操作系统进行实验验证及性能分析.实验结果验证了该遥操作系统的正确性和有效性.     

基于二阶滑模的压气机喘振主动控制

为了使压气机能够稳定地工作在高效率和高压比区域,建立了以紧联控制阀为执行机构的二阶MG喘振模型,并在其基础上基于二阶滑模设计了喘振主动控制器。在Simulink环境下搭建了压气机喘振主动控制仿真平台。仿真结果表明,所设计的控制器可以使压气机稳定地工作在喘振边界之外,并且对未建模系统的动态、流量和压力扰动等不确定性因素具有鲁棒性,扩展了压气机的稳定工作范围。