六旋翼机器人运动控制与跟踪控制研究

为了在执行任务期间精确记录数据和稳定的飞行,多旋翼机器人机构需要能够执行长期任务和携带较重的载荷.针对这一问题,对六旋翼机器人关键技术进行了深入的研究.首先,高性能六旋翼无人机的运行需要飞行控制系统,介绍了六旋翼控制系统和本体的设计方法.其次,构建了四旋翼和六旋翼无人机的数学模型,对比了六旋翼与四旋翼控制系统的优缺点....     

改进PID控制在四旋翼控制系统中的应用

四旋翼飞行器是一种具有四个固定在同一平面上的旋翼的飞行装置。其优势在于机械结构简单,可以垂直起落、悬停,它在民用、军事领域均有广泛的应用。PID控制是一种经典的控制策略。是按偏差的比例、积分和微分进行的控制。其算法简单,鲁棒性好,可靠性高,被广泛应用与工业生产控制中。对于不完全了解的系统及控制对象,或较难获得系统参数时,PID控制也能起到较好的控制效果。因此在四旋翼飞行器反馈控制系统中应用该控制器。但是单纯的PID控制很难达到较好的效果。本文分析并改进相应的PID达到较好的效果。     

基于四元数二阶互补滤波的四旋翼姿态解算

姿态解算是四旋翼飞行器的关键技术,其精度直接影响飞行器控制的可靠性和稳定性。针对当前常用一阶互补滤波算法中阻带衰减速率慢和陀螺仪常值漂移产生的稳态误差问题,通过增加积分环节,设计了一种基于四元数的二阶互补滤波算法,能更好地利用加速度计和磁力计的稳态信息有效补偿陀螺仪常值漂移,从而减少姿态解算的累积误差。仿真结果表明,该算法具有更好的稳定性,提高了系统的姿态解算精度。通过飞行器真实飞行数据对算法进行了实验验证,结果显示姿态的俯仰角、横滚角精度1°,偏航角精度2°,能很好地满足飞行器控制系统对姿态解算的精度要求。     

小型两栖机器人推进机构设计与水动力学分析

根据两栖机器人对水陆两种环境的适应需求,设计了一套水陆两用的机器人推进机构。基于水动力学原理,对机器人推进机构的轮片在水下产生的推动力进行了分析。分析结果表明,两栖机器人水下推进力与轮片的弧度,截面面积及转动速度等因素有关。根据分析结果对推进机构参数进行了优化选择。     

两栖六足仿生机器人的水陆运动控制研究

两栖六足机器人不仅需应对崎岖地形对陆地爬行提出的挑战,还要解决机器人在水下灵活运动的控制问题。因此,本文首先提出了基于深度强化学习的崎岖地形运动控制方法。通过MuJoCo为机器人执行爬行任务构建交互环境,并采用近端策略优化(PPO)算法训练智能体使其获取适应于不同崎岖程度地形的控制策略。仿真数据表明,陆地控制策略可使机器人在平坦、轻度崎岖、重度崎岖3类地形上快速、稳定地完成前进任务。针对水下运动控制问题,本文通过分析机器人动力学模型将其分解为：采用视线法与PID控制器解决平面轨迹跟踪和深度控制问题。水下实验表明,机器人可在平面快速跟踪Sigmoid曲线且轨迹偏差不超过0.11 m。深度控制实验中,机器人可平稳到达指定深度且控制精度在0.02 m以内。     

四旋翼控制系统的硬件电路设计研究

四旋翼飞行器是一种具有四个固定在同一平面上的旋翼的飞行装置。其优势在于机械结构简单,可以垂直起落、悬停,它在民用、军事领域均有广泛的应用。首先分析研究了飞行器的发展现状,及四旋翼的基本原理和坐标系的确定。然后完成了四旋翼飞行器的硬件设计。选择STM32系列芯片作为主控器,完成了飞行器控制模块、姿态解算模块、通信模块、报警模块等的硬件电路设计。     

四旋翼飞行器互补滤波姿态求解器的设计

精确的姿态角在四旋翼飞行器稳定飞行中起着非常重要的作用,为了实现小型低成本四旋翼飞行器高精度姿态数据的输出,搭建了STM32F103、MPU6050和气压计组成的姿态检测系统.并基于四元数微分方程,提出了一种PI改善型互补滤波姿态求解器的设计算法.该算法对陀螺仪测量数据进行了高通滤波、对加速度计和磁力计测量数据进行了低...     

组合式陆空两栖机器人的运动规划与仿真

为了遂行灾害救援和野外侦查等复杂作业任务,本文设计了一款将四足步行机器人和四旋翼飞行器有机组合的陆空两栖机器人。该机器人既能根据作业需求进行结构分离,以实现陆、空多领域的侦查,同时四旋翼飞行器又能自由起落在四足步行机器人躯体上进行组合作业,为多用途侦查提供了更多的可能性。四足步行机器人足端轨迹采用贝塞尔曲线,机器人机身质心规划成按直线运动,可保证机器人步行运动的流畅性、稳定性与灵活性。仿真验证的结果表明该组合式陆空两栖机器人运动特性十分优异,具有推广应用价值。     

基于4D打印技术的水陆两栖机器人运动功能转换及控制

传统水陆两栖机器人的推进结构通常是将陆上推进结构与水上推进结构进行叠加,导致了现有水陆两栖机器人的机械结构较为复杂,增大了控制的难度。基于4D打印技术设计并制备了一种由轮毂和具有热变形响应性质桨叶结构单元组成的轮桨复合推进结构。该结构可通过热刺激变形响应实现水陆运动功能转换,有效地降低了水陆两栖机器人推进结构的复杂度。此外,还分析了几何参数和输入功率对桨叶结构变形响应速率的影响,实现了桨叶结构的可控变形,从而降低了水陆两栖机器人运动控制的难度。原型机试验结果表明,利用4D打印技术制备的水陆两栖机器人在降低了结构复杂度与控制难度的同时,可以实现水陆运动功能转换及控制。     

仿鳄鱼水陆两栖机器人机构优化设计与试验验证

在分析国内外两栖仿生机器人研究最新进展的基础上,以鳄鱼为生物原型,设计一套两栖机器人爬行与游动复合机构。在对复合仿鳄鱼机构进行的仿真优化过程中,得出使得机器人运动效果最优的一组身长与腿长的比例为17:13。认为在腰部扭转的角度一定时,机器人的运动性能随着腿长与身长比例的增加而渐优;而在腰部转到极限扭转角的情况下,机器人运动性能随着腿长与身长的比例增加呈现近似抛物线规律。设计制作仿鳄鱼两栖机器人的原理样机,并进行爬行与游动试验。试验结果表明,使得机器人运动效果最佳的运动频率是2Hz。     

直驱式四足机器人的结构优化设计与研究

设计了一种直驱式四足机器人.基于弹簧倒立摆模型建立了腿部刚度特性模型,分析了腿部杆长比、姿态角与刚度特性的关系,讨论了杆长比对能量利用效率的影响.对五杆同轴腿进行正向运动学和逆向运动学的分析,推导出位置控制算法模型,并利用雅可比矩阵推导出腿部驱动电机输入电流与足端受力的关系.对搭建的直驱式四足机器人进行奔跑实验和跳跃实...     

两轮小型移动机器人的底层运动控制器设计

描述了一种简单有效的、适用于两轮小型移动机器人的底层运动控制器的具体实现方法．并将底层运动分为4种基本的运动形式进行分段控制,方便高层系统的调用,准确实现了任意要求的运动轨迹和运动姿态,提供了机器人完成复杂任务的基础条件。     

开放式移动机器人通用控制平台AWMR研制

详细介绍了自行研制的一台室内自主轮式移动机器人AWMR的结构特点，及其模块化的系统结构，设计了稳定可靠的运动控制系统。该平台具有良好的稳定性、开放性与可扩展性，易于用户根据不同的需要实现相应的配置及在此基础上进行二次开发。     

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。     

基于速度交叉耦合的三轮全方位移动机器人多轴协调运动

由于全方位移动机器人运动轨迹通过直线拟和得以实现,依据此特性,在底层运动控制中,针对机器人速度误差进行反向交叉耦合补偿,通过设计合理的耦合误差反馈补偿器,来提高机器人的直线运动能力,充分发挥机器人全方位移动的运动优势,并通过实验验证了该方法的有效性。     

一种履带式移动机器人的控制系统设计

针对一辆无刷电机驱动的履带式移动机器人BHTR-1,对其包括运动控制系统、信息检测系统、无线遥控系统等各部分在内的控制系统进行了设计。运动控制部分采用以DSP LF2407A为主控芯片、以无刷电机专用芯片MC33035和驱动桥MPM3003为电机驱动控制的方案;信息检测系统采用红外传感器来检测环境障碍信息,并安装无线视频设备用以监控机器人运行环境;无线遥控系统采用摇杆式脉宽比例调节方式来实现对机器人的调速及其他运动控制。     

基于传感器的两栖机器人环境感知系统研究

通过对两栖机器人复杂作业环境及自身设计特点的分析,针对水面、陆地及水陆交叠的不同环境,分别为机器人设计了基于传感器的环境感知系统,并在此基础上,针对陆地环境将模糊控制算法引入两栖机器人的避障研究,设计了模糊控制器.仿真及实验研究的结果表明,该环境感知系统可以在不同的作业环境下及时准确地获取环境信息,同时模糊控制算法应用于陆地环境下的机器人局部路径规划后,取得了较优的无碰撞局部路径.     

一种模块化全方位移动机器人的运动学分析

全方位移动机器人由三个轮式模块化单元和一个连接平台组成。轮式模块化单元是一个模块化万向单元称为MUU,具有俯仰、偏航和回转三个自由度。MUU的圆柱形铝合金外壳上安装了一系列的被动轮,这些被动轮机构使MUU成为一个大的全方位驱动轮。MUU在垂直于身体轴线方向能够提供较大驱动力,而在身体轴线方向的作用力由小被动轮卸载,从而实现万向轮的功能。高度的集成性使MUU的通讯和更换易于实现。移动机器人的运动学分析证明了该机器人的运动灵活性。最后,给出了该机器人的运动实验和仿真结果。