Research on algorithm of wheeled mobile robot's trajectory tracking control

为解决轮式移动机器人平面运动控制问题,将平面几何理论应用于轨迹跟踪控制中.建立了机器人平面运动模型,并以此为基础研究了直线和圆弧的轨迹跟踪控制算法;提出了导航圆方法,将机器人实时位置信息和目标轨迹之间的角度偏差及位置偏差综合成一个角度,然后对该角度进行了PID调节;在实验中,将直线、圆弧轨迹跟踪算法实际运用于机器人的运动控制.研究结果表明,该算法能将机器人轨迹的偏差有效地控制在±1 cm以内.     

水陆两栖六足机器人的设计与性能评估

为提高机器人两栖环境下的运动性能,同时降低其运动机构在水陆间切换的机械复杂性与控制难度,提出了一款复合运动肢的水陆两栖六足机器人。对机器人进行陆地和水下的运动规划,解决了机器人适应不同坡度斜坡地形的稳定性问题;通过配置矢量推进器的位姿,实现了机器人多自由度的水下运动。ADAMS下机器人爬行运动的仿真结果在验证机械设计合理的前提下也表明机器人在不同坡度的斜坡爬行具有较好的稳定性。为进一步评估机器人的运动性能,搭建了机器人样机,在测试机器人斜坡爬行性能的同时,验证了机器人在水下可实现包括直行、旋转、上浮和下潜的多自由度运动。实验结果表明,机器人在陆地与水下均具有良好的运动性能。     

轮式移动机器人轨迹跟踪控制算法的研究

为解决轮式移动机器人平面运动控制问题,将平面几何理论应用于轨迹跟踪控制中。建立了机器人平面运动模型,并以此为基础研究了直线和圆弧的轨迹跟踪控制算法;提出了导航圆方法,将机器人实时位置信息和目标轨迹之间的角度偏差及位置偏差综合成一个角度,然后对该角度进行了PID调节;在实验中,将直线、圆弧轨迹跟踪算法实际运用于机器人的运动控制。研究结果表明,该算法能将机器人轨迹的偏差有效地控制在±1 cm以内。     

6自由度水下机器人动力学分析与运动控制

对6自由度水下机器人的动力学与运动控制进行研究。首先考虑重力、浮力、推力以及水动力的影响,建立水下机器人的动力学模型,对机器人的复杂水下动力学行为进行描述。在此基础上,根据解出加速度法设计非线性控制器,包括内外两个控制回路。其中外控制回路根据机器人实际轨迹与期望轨迹之间的偏差进行负反馈控制,内控制回路根据机器人动力学特性引入非线性补偿,把机器人转化为一个更易于控制的线性系统,从而准确实现对理论轨迹的跟踪。最后对水下机器人跟踪目标进行运动控制仿真。从仿真结果可以看出,利用该方法可以使水下机器人具有良好的轨迹跟踪能力。     

基于STM32的四轮爬壁机器人路径跟踪控制系统

针对爬壁机器人在钢制壁面爬行运动时难以动态设置路径和实时跟踪路径的难题,设计了一种灵活设定、实时跟踪路径的爬壁机器人控制系统。系统由主控制电路和从控制电路两部分组成,主从控制电路以STM32为控制核心,两者之间采用无线通信,利用MPU6050解算竖直平面内角度信息,联合光电鼠标确定当前坐标,将所有的信息加以融合并采用增量PID算法和滤波处理,控制电机使爬壁机器人在竖直平面内按照预设轨迹路径运动。实验结果表明,爬壁机器人在壁面运动时吸附稳定可靠,运动控制系统灵活,可以实时地跟踪输入轨迹,误差在±8%以内。     

基于递归神经网络的多机器人智能协同控制

多机器人协同系统具有负载能力强、工作空间广、灵活性好等优点,是机器人领域的研究热点。由于系统非线性、关节约束等问题,给其高性能协同控制带来了巨大挑战。研究关节约束下多机器人智能协同运动控制问题,设计同步策略并将多机协同控制问题建模为一个二次型优化问题,基于速度逃逸法将机器人关节角与关节角速度限幅归并描述到速度层,基于递归神经网络(RNN)设计了一个稳定性可证明的实时求解器。MATLAB与V-REP联合仿真平台下以多LBR iiwa机器人系统为对象的仿真实验表明,基于所提协同控制策略所有机器人都精确跟踪到了期望的三环路径轨迹,跟踪误差可达10~(-4)量级,轨迹跟踪过程中关节角、关节角速度皆在约束限幅内。     

基于Bang-Bang控制的足球机器人运动控制研究

针对Roboocup小型组足球机器人运动控制要求实时、准确、稳定等特点,采用了基于时间最优的bang-bang控制算法来进行机器人的运动控制,解决了机器人在高速的比赛中因为其自身的特性而不能实时、准确的跟踪路径规划程序生成的轨迹这一问题.仿真实验的结果和在实际足球机器人平台上的应用表明,该算法能准确有效的实现机器人的运动控制.     

三自由度绳牵引平面并联机器人力/位控制研究

针对三自由度平面绳牵引并联机器人在如何保持一定绳张力的条件下实现位置控制的问题进行了仿真研究.利用牛顿-欧拉法建立了机器人的包括电机在内的动力学方程.考虑到系统正常工作时绳需要具有一定的张力,给出了力分解模型,提出了一种力/位并行控制策略:力回路用于控制绳的张力大小,位置回路用于实现末端轨迹跟踪.最后对机器人控制系统进行了仿真分析,仿真结果表明,该控制策略不仅能够解决绳的张力问题,而且满足对轨迹跟踪要求.     

自适应模糊算法优化的足球机器人轨迹跟踪

为了提高足球机器人在运动控制过程中的轨迹跟踪性能和稳定性,将自适应模糊PID算法用于机器人运动控制环节中,对PID参数进行实时调整。建立足球机器人在场地上的控制系统模型,分析机器人在轨迹跟踪中由驱动方向、角度等时变因素导致的实际轨迹发生偏移的问题,分别在MATLAB-Simulink和SimRobot仿真平台对优化算法的性能进行仿真,同时与传统的PID控制进行对比。实验结果表明,自适应模糊PID算法相比传统的PID控制器在最大跟踪误差和平均跟踪误差方面分别减少20.18%和29.34%,同时提升了系统的稳定性。该控制算法提升了足球机器人的轨迹跟踪性能,满足机器人在运动过程中的动力学和控制要求,易于在工程中应用。     

基于NDO的ROV滤波反步轨迹跟踪控制

针对作业型遥控水下机器人(ROV)在轨迹跟踪过程中存在模型非线性、强耦合、模型参数不确定和外界干扰不确定等问题,提出一种基于非线性干扰观测器(NDO)的滤波自适应反步控制策略。使用NDO观测模型的不确定性和外界干扰,通过指令滤波器避免了直接对虚拟控制量解析求导的过程,利用自适应律补偿观测器观测残量。通过Lyapunov稳定性理论证明了跟踪误差系统的渐进稳定。仿真实验表明,设计的控制器能够实现精确的轨迹跟踪,具有较好的鲁棒特性。     

基于干扰观测器PID的水下绞车控制系统

针对海洋工况下坐底自升降式水下绞车深度难以实现精确控制的问题,提出了基于干扰观测器PID原理的水下绞车定深控制方法。根据水下绞车的机械结构和控制系统硬件组成,设计了基于干扰观测器的PID控制系统,并对传感器集成浮球的正弦定深控制和爬坡定深控制进行了Matlab仿真分析,以深度偏差平方作为评判标准,分析了常规PID和干扰观测器PID的控制效果。研究结果表明,与常规PID定深控制相比,基于干扰观测器的PID可以观测和抑制外界干扰对系统产生的影响,能够有效提高水下绞车定深控制的准确性。     

一种水下机器人的水面平台控制系统设计

针对水下机器人进行水下检测时的实时控制和监控问题,对水下机器人的推进器结构、运动方式、通讯方式、机体状态显示方式、运动控制方法等方面进行了研究,对水下机器人实现高效水下检测所需的各功能需求进行了归纳,提出了一种基于Lab VIEW的ROV水下机器人的水面平台控制系统,利用实验水池对水下机器人的人机交互界面和摄像头拍摄图像进行了测试。研究结果表明,该系统能实时监测水下机器人的各项性能数据,能够实现通讯连接、机体状态显示、运动控制等多项功能,实时控制响应迅速,实时监控效果好。     

基于智能PID算法的爬壁机器人位置伺服控制方法

针对爬壁机器人实际与理想作业位置偏差过大的问题,提出了基于智能PID算法的爬壁机器人位置伺服控制方法。通过分析爬壁机器人的运动状态,构建爬壁机器人的运动学模型,获取爬壁机器人的运动规律和其位姿变化特征。运用智能PID算法对爬壁机器人的位置实施伺服控制,利用遗传算法不断调节机器人控制参数,得到最佳适应度函数,生成全局最优的PID控制参数。根据爬壁机器人运动状态得出控制终止条件,获取最终的位置伺服控制结果,实现爬壁机器人位置伺服控制。实验结果表明,所提方法的位置伺服控制稳定性较好,能够有效提高位置伺服控制精度,增强抗干扰性。     

基于扰动观测器的SCARA机器人运动误差补偿控制设计与仿真

在外界干扰下,为获得SCARA机器人的高精度运动控制,对机器人建立运动学模型,通过设计一种带扰动观测器的PID控制系统,对机器人运动过程中不可测项进行在线观测和补偿,然后运用MATLAB与ADAMS对提出的控制系统进行联合仿真研究。结果表明,相比常规的PID控制系统,该控制系统能够降低机器人手臂跟踪误差,实现良好的轨迹跟踪效果。     

基于模糊PID的变幅液压控制系统

针对高空带电机器人作业时出现臂架振动和抖动的问题,设计了基于模糊PID控制器的闭环液压控制系统。以液压缸活塞杆速度的误差和误差变化率为输入变量,经过模糊化、模糊推理、解模糊的方式来动态调节活塞杆的速度,使其达到稳定状态。以高空带电机器人的臂架变幅液压系统为研究对象,通过建立液压平衡回路数学模型得到系统的传递函数,在MATLAB/Simulink环境内搭建模糊PID和经典PID的控制方案仿真模型,并搭建试验平台进一步验证。结果表明:与经典PID控制相比较,模糊PID控制的响应滞后时间由0.55 s降到了0.2 s,缩短了63.6%,最大超调量由0.09 m降到了0.01 m,相对降低了88.9%,稳定时间由2.4 s缩短至0.4 s,相对降低了83.3%;另外实验结果为模糊PID控制下的系统响应滞后时间相对于经典PID缩短了0.2 s,超调量降低了0.032 m,稳定时间缩短了1.7 s,跟仿真结果相一致。实验数据表明,模糊PID控制器有效地解决了臂架振动和抖动问题,提高了臂架运动控制的稳定性。     

基于DSP的三肢体机器人关节控制器设计

基于TI公司的TMS320LF2407设计了一种直流伺服电机运动控制器,以实现三肢体仿生步行机器人11个运动关节的伺服控制.首先采用遗传算法对电机的PID参数进行优化,并对关节运动转角轨迹进行离散化,电机运动控制采取分段PID的策略,以减小关节转角误差.实验结果表明,设计出的控制器工作性能稳定,能够满足机器人运动控制的要求.     

基于TMS320F2812实现对移动机器人的运动控制

介绍了基于TMS320F2812的移动机器人运动控制系统的硬件和软件实现的设计思路。为了使机器人运动满足控制精度高、运动平稳要求,在电机同步控制策略基础上,引入位置环数字PID控制策略并进行运动控制试验。最后介绍了运动控制系统软件设计架构。     

二阶波浪力的仿真计算

水下机器人在浅水水域受到浪流的影响比较大,其中波浪所产生的二阶波浪力对水下机器人的姿态影响很重要,在二阶波浪力的扰动下,将产生相应的低频非线性运动。而二阶波浪力的计算直接与它的振幅相关。首先研究了二阶波浪的仿真及运算,然后利用得到的波浪信息进行二阶波浪漂移力的计算并对其进行了仿真,给出了波浪力参数随浪向角变化的结果。该研究结果为水下机器人控制系统的设计奠定了基础。     

Modeling and motion control of mobile robot for lattice type welding

This paper presents a motion control method and its simulation results of a mobile robot for a lattice type welding. Its dynamic equation and motion control methods for welding speed and seam tracking are described. The motion control is realized in the view of keeping constant welding speed and precise target line even though the robot is driven for following straight line or curve. The mobile robot is modeled based on Lagrange equation under nonholonomic constraints and the model is represented in state space form. The motion control of the mobile robot is separated into three driving motions of straight locomotion, turning locomotion and torch slider control. For the torch slider control, the proportional-integral-derivative (PID) control method is used. For the straight locomotion, a concept of decoupling method between input and output is adopted and for the turning locomotion, the turning speed is controlled according to the angular velocity value at each point of the corner with range of 90° constrained to the welding speed. The proposed control methods are proved through simulation results and these results have proved that the mobile robot has enough ability to apply the lattice type welding line.