履带式移动机器人动力学模型及其反馈控制

履带结构被广泛地应用在移动式机器人的设计当中。为提高其反馈控制模型的精度,该文详细分析了履带式机器人的受力特点,提出了一种适于进行控制器设计的履带机器人模型,并在此基础上,按照反馈线性化的思想,提出了一种履带式机器人稳定路径跟踪控制器的设计方法,同时给出了方法的非奇异条件。该文提出的控制系统模型和路径跟踪方法,为履带式机器人控制系统设计提供了理论依据。     

煤矿搜救机器人履带式行走机构性能评价体系

为了探究何种履带式行走机构更加适用于煤矿搜救机器人,采用网络分析法从行走机构行走能力、防爆难易、操控性以及可靠性四个方面对5种常见的履带式行走机构进行性能评价.对5种行走机构的空间通过性、最大越障高度、最大越壕沟宽度和底盘高度进行了理论建模分析,同时提出了驱动电机数量对于防爆难易、操控性以及可靠性影响的数学模型.根据煤矿搜救机器人设计经验以及所推导的理论模型,对5种行走机构采用网络分析法进行了量化评价.最终,评价结果认为角度型行走机构更适于煤矿搜救机器人.基于评价结果,设计了CUMT-V型煤矿搜救机器人行走机构.     

基于工业机器人的未知曲面测量算法研究

在装甲装备维修保养作业中,为实现对车辆底盘部分零部件的自动装卸载,首先应解决CAD模型未知的零部件自动扫描测量和模数重建的问题。提出基于工业机器人的非接触自适应测量曲面重建方法。在测量过程中,将激光测距传感器安装于工业机器人法兰并转换坐标,根据被测零部件上的已测点,由提出的曲线圆弧预测自适应算法,得到下一个预测点矢量及测头轨迹点矢量,拟合成B样条曲线,规划合理的测量路径,进而指导工业机器人自动采集被测零部件上的真实三维点。通过仿真和试验结果表明,该方法能够根据此类零部件曲面特征获取采样点,减小了由测量入射角的存在和算法本身缺陷而导致的精度损失,有效地提高了CAD模型未知曲面数字化采样的精度,为模数重建提供了良好的点云数据。     

履带式管道机器人的自适应模糊控制

介绍了自适应履带式管道机器人的基本运动机构，分析了其在管内的运动状态，研究了对机器人在直管与大曲率半径弯管内移动时的运动模糊控制方式。根据大量的实验结果分析改变管道机器人运动环境，如不同管道直径、不同管道弯曲半径等，对机器人运动状态的影响。运用相关原理研制了具有一定管内运动环境自适应能力的履带式管道机器人模型样机及其运动控制系统。     

轮腿式机器人多运动模式运动学分析与建模

轮腿式移动机器人具有轮式、履带式和腿式等多种运动模式,对不同运动模式下的运动特性进行了分析,建立了轮式运动模式下的运动学方程,对履带运动模式下的转向运动学进行了运动学建模;通过对机器人在腿式模式的姿态描述,建立其运动学模型。为对轮腿式机器人进行综合运动分析,实现机器人控制提供了理论基础。     

结合退火优化和遗传重采样的RBPF算法

RBPF是一种有效解决同时定位和建图的算法。传统的RBPF算法使用的粒子数目多并且频繁地执行重采样,导致粒子退化且估计能力下降,从而构建的栅格地图精度不高。针对上述缺点,对RBPF提出优化,首先将机器人的运动模型与观测模型结合作为其混合提议分布,同时利用退火参数优化混合提议分布,调控两者在提议分布中的比例,使其更加精确;其次在重采样过程中根据粒子的权值对其进行分类,对高权重以及低权重粒子引入自适应遗传算法变异交叉操作,减少了重采样次数,有效维持了粒子多样性。在MATLAB上进行仿真验证,同时结合了Kobuki运动底盘在机器人操作系统(ROS)上进行实际验证。实验结果表明,与传统的RBPF算法相比,算法能够使用更少的粒子精确估计出机器人的位姿及路标,能够建立精度更高的栅格地图,并且具有更低的均方根误差和计算时间。     

2自由度腕关节康复机器人的代理滑模控制方法

针对传统机器人控制方法未考虑运动过程安全性能的问题,采用了一种基于代理的滑模控制方法对气动肌肉驱动的穿戴式2自由度腕关节康复机器人进行位置控制.该方法结合滑模控制与PID控制的优点,既保证了位置控制的跟踪精度,又确保了运动过程的安全性.对康复机器人的轨迹跟踪实验表明:该方法可以取得很好的跟踪效果,并且对扰动的屈从性和系统的安全性有明显的提高.     

履带式机器人控制系统设计

根据研制的履带式机器人的结构特点和性能要求,设计了基于ARM DSP双核架构的控制系统。选用STM32F103VET6来完成电机的控制,采用TMS320DM642来完成图像的采集与处理,两芯片间采用I2C总线通信,通过无线网桥实现与上位机的通信。设计了对应的硬件系统和软件系统,并进行了实物样机调试实验, 实验结果表明,设计的控制系统工作性能稳定,通信可靠,动态响应性能良好,能够很好地满足履带式机器人的运动控制要求。     

物流机器人运动学分析与全场定位方法研究

为解决轮式物流机器人的全场定位、位姿控制等关键问题,提出了一种基于陀螺仪、编码器、灰度传感器与激光测距仪的麦克纳姆轮物流机器人全场定位系统.建立麦克纳姆轮底盘运动模型并进行运动学分析,研究基于此系统的全场定位算法,以STM32单片机为主控制器,结合多种传感器,实现机器人的全场定位、运动控制、任务识别、物料颜色识别.对于物料颜色识别提出了一种根据边缘检测算法思想改进的扫描算法来提高检测效率.试验表明,系统具有良好的综合性能,可满足物流机器人精准定位、准确识别等控制需求.     

船用移动焊接机器人磁吸附机构研究

履带式移动机器人结构简单,具有较高的运动性能与稳定性,在船舶自动焊接中得到了广泛的应用。为防止履带式移动机构打滑,并使机器人具有在一定坡度的工件上爬行焊接的能力,磁吸附机构的设计和磁吸附力的分析显得尤为重要。本文对磁性材料的选择、磁路系统单元磁路结构的选择进行了分析,完成了船舶焊接时机器人磁吸附的受力分析,完成了磁吸附机构设计,并在此基础上采用ANSOFT公司的MAXWELL软件对磁场力和磁通密度进行了有限元分析,为驱动电机选型提供依据,为机器人稳定性、运动性能和爬坡能力提供了理论保障。     

基于线性二次调节器算法的两轮自平衡机器人最优控制方法

两轮自平衡机器人作为一种多输入多输出系统,虽然已在许多日常使用中得到应用,但大多数研究只关注通过试验实验或使用简易的数学模型来达到平衡.为了研究两轮自平衡机器人完整数学模型建模和运动平衡控制器设计,首先,根据机器人的电机模型、车轮模型和摆体模型,推导机器人运动的状态空间模型;其次,分析系统的可控性和可观性,并结合状态估计和反馈控制设计具有状态估计的反馈控制器,同时引入线性二次调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制方法以完善控制器在机器人运动中的控制效果.仿真实验结果表明:具有状态估计的反馈控制器和LQR控制方法对于这类自平衡机器人运动平衡控制具有良好的稳定性和鲁棒性.     

典型柔性铰链精度性能的研究

柔性铰链是一种被广泛用于微动机器人的主要构件 ,其运动变形精度直接影响微动机器人的终端定位和操作的控制。由于传统理论方法无法准确分析特殊几何结构柔性铰链的精度性能 ,因此采用有限元技术对 3种典型柔性铰运动变形进行了系统的研究 ,并将模拟结果与传统理论的分析结果进行了比较 ,分析了在加载条件下不同几何参数对 3种柔性铰功能方向和非功能方向精度性能的影响 ,给出特殊情况下柔性铰优化设计的准则     

两轮自平衡机器人运动平衡控制研究

对两轮自平衡机器人的运动平衡控制进行研究。通过搭建两轮自平衡机器人实验平台,采用Newton-uler法建立动力学模型以及针对机器人的运动控制、平衡控制和伺服控制设计相应的PID控制器。物理实验表明,机器人在外界冲击干扰和阶跃干扰的作用下,能够维持自身平衡同时可以执行相应的运动控制命令。结果表明,提出的两轮自平衡机器人运动平衡控制的方法是合理有效的。     

履带式机器人运动学分析

阐述了履带式机器人的运动机构，并对其运动学性能进行了分析。采用空间坐标变换基本原理及坐标变换的矩阵解析方法建立了运动方程．并在此基础上求出其逆解，同时时解进行了分析。为机嚣人的空间位置实时拉制提供了理论攘据和有力保证。     

改进粒子滤波器的移动机器人同步定位与地图构建方法

传统的基于粒子滤波器的移动机器人同步定位与地图构建(SLAM)方法往往随着迭代次数的增加会产生粒子退化的问题,提出了一种基于人工鱼群算法与定向重采样思想的改进的粒子滤波器用于移动机器人SLAM问题。方法首先将人工鱼群算法引入到粒子滤波器中,从而使得粒子分布在重采样之前就更加接近真实情况,然后利用定向重采样的方法,使得新产生的粒子更加接近于真实的运动情况,从而提高了机器人的位置估计精度与地图创建精度。仿真实验结果证明了该方法能够得到更多的有效粒子,而且能够提高粒子的多样性,并且提高SLAM性能。     

机器人负载的动力学参数辨识

为解决机器人末端负载的时变性给高速运动的机器人带来控制精度降低的问题,研究了参数差值法、力矩求解法、全局参数辨识法的机器人末端负载动力学参数辨识的方法,以提高末端负载的辨识精度.得到的负载动力学参数用于动力学控制以提高机器人动态精度.通过建立拉格朗日动力学线性辨识模型,以最优激励轨迹进行实时数据采集,采样数据经过低通滤波及中心差分的处理后,代入相应的负载辨识方程式,并用加权最小二乘法解决线性方程组,可辨识到不同负载的动力学参数.实验验证了负载辨识方法的可行性.     

基于模糊自适应PID控制的机器人运动控制仿真研究

通过对机器人运动控制的研究,确立机器人控制系统的运动模型,将运动控制系统的动力特性和控制特性相结合,给出了基于模糊自适应PID控制的机器人控制方法,使机器人能够精确地实现点到点以及任意转角的运动控制。利用Matlab进行仿真实验,结果表明本文所研究的运动控制方法切实可行,能够满足机器人运动控制方面的设计需求,同时也能提高对机器人控制的精度和准确性。     

基于容积滤波的机器人运动模型估计方法

针对履带式机器人运动模型控制问题,提出了一种考虑履带侧滑移运动的容积滤波模型估计方法.首先,充分分析了不同路面附着力对履带运动特性的影响,建立了满足惯性动力学特征的惯性速度瞬心(ICRs)运动模型;然后,在容积卡尔曼滤波的框架内,详细分析了侧滑移运动模型估计实现原理和步骤.计算机仿真结果表明该方法具有有效性和优越性.     

基于概率的移动机器人速度运动模型研究

对移动机器人速度运动模型进行了全面的分析,首先,在理想的情况下推导出移动机器人速度运动模型。然后,通过在理想情况下添加噪声的方法,构造出机器人在真实情况下的速度运动模型。最后,通过调整附加噪声的均值,实现了对机器人两轮直径不相等时的速度运动模型。使用采样算法从速度运动模型中采样,得到机器人可能的位姿空间。仿真结果表明,采样算法得到的结果可以有效的描述机器人的可能位姿。     

基于旋量分析的4-PaUS/PPPU并联机构设计与性能仿真

由于并联机器人的多环结构能有效解决串联机器人在高精度加工领域精度低，刚性差，响应慢等问题，因此通过旋量法设计了一种新型4-PaUS/PPPU的2R3T并联构型，利用旋量理论分析了该机构的自由度，给出了机构的逆运动学逆解解析式。由运动/力传递性能分析结果可知，在工作空间内并联机构ITI值在0.7以上，运动/力传递性能良好。