双足机器人稳定行走步行模式的研究

研究了一种基于零力矩点(ZMP)预观控制系统的双足机器人稳定行走步行模式生成方法.通过对双足机器人行走过程中行走参数及ZMP轨迹进行规划,计算出机器人行走过程中的质心轨迹.由运动学模型求解出其行走过程中步行姿态,预观控制器利用未来目标ZMP参考值和双足机器人状态计算控制输入,对机器人进行稳定行走控制.最后采用ADAMS和Matlab/Simulink联合仿真技术对离线步行模式进行仿真验证,仿真结果表明双足机器人虚拟样机可实现稳定行走效果.     

轮式移动机器人行走控制研究

本文对轮式移动机器人自主行走提出了三种控制方案,通过仿真研究和实验验证了其可行性.     

基于变结构的移动机器人侧向控制器的设计

采用基于后推与模糊滑模控制相结合的方法设计了移动机器人的变结构状态反馈控制器,实现了对道路跟踪侧向误差的渐近镇定控制.应用Lyapunov定理推导了移动机器人满足非完整性约束的时变光滑状态反馈镇定控制律;将状态控制区域分为远离奇异点的稳定工作区域与含有奇异点的非稳定区域2部分.设计模糊控制嚣来控制移动机器人的状态从非稳定区域向稳定区域转变,并采用移动机器人Amigobot作为实验平台验证了控制器设计的有效性.研究结果表明:侧向误差较大时,模糊控制器确保移动机器人在稳定区域内沿着模态切换线减小误差;当侧向误差较小时,时变光滑状态反馈控制实现对移动机器人的平稳镇定.在控制器设计中,将移动机器人的平移速度视为渐变参数,根据侧向误差能量函数的变化进行模糊自适应调节.     

轮式移动机器人行走的模糊比例积分控制方法

为了提高移动机器人行走的自适应能力,提出了一种将模糊算法和比例积分相结合的模糊比例积分控制算法,并应用到自主开发的四轮移动机器人上.在双电机转速跟随实验中,根据输入转速差进行比例积分(PI)控制律的运算,采用PI控制器的输出来调节电机1的直流电机脉冲宽度调制占空比的大小,从而最终实现电机1与电机2的转速满足相应的协调关系,并由此对移动机器人行走行为的不协调性进行及时纠正.研究表明,电机1的转速能够快速跟随电机2转速的变化,从而证实了该算法具有良好的自适应性和鲁棒性.     

质心非对称履带式机器人转向半径的修正与验证

履带式机器人的应用现在越来越广泛,对其的操控性要求也就越来越高.其中最主要的操控指标就是转向半径的控制.实验证明履带式移动机器人的转向不仅受两条履带速度差的影响,而且与行走的地面情况和质心位置与形心位置的偏移量有关.本文通过理论分析建立了履带式机器人转弯半径简化计算式和修正计算式,并经过实验验证表明修正计算式是准确可靠的.     

基于动态矩阵控制的自主移动机器人模型预测控制方法研究

自主移动机器人运动转向系统的精确控制是其实现直线运行、原地转向功能和完成自主巡航、自治搬运任务的重要基础。为实现对机器人运行转向系统的有效控制,通过分析自主移动机器人的运动转向系统的数学模型,构建出传递函数的表达形式,提出了一类基于动态矩阵控制(dynamic matrix control, DMC)的模型预测控制方法。此外,面向自主移动机器人的运动转向系统,利用Matlab平台开展了基于DMC的模型预测控制方法的仿真研究,仿真结果表明,在运动转向系统的控制过程中,基于DMC的预测控制方法同传统比例-积分-微分(proportion-integral-derivative,PID)控制器相比,在抑制超调、防止稳态误差等方面具有更强的控制性能;开展针对模型失配问题的仿真研究,进一步证明了该算法的鲁棒性和适应能力。同时,通过无障碍和有障碍两类情形下的机器人行走实验,验证了机器人运动系统的有效性。     

基于嵌人式环境的智能移动机器人跟踪控制

基于自主搭建的履带式移动机器人研究了 一个P型迭代学习控制算法,它使移动机器人 能够根据位置和速度偏差的大小及方向,实时控制其在运动过程中的变化趋势,以获得合适的学习 增益矩阵,达到更好的控制效果.利用设计的P型迭代学习控制算法,对履带式移动机器人的路径 规划与路径跟踪实现准确的控制.实验结果表明,迭代学习控制可使履带式移动机器人在路径跟踪 控制过程中有更好的稳定性、准确性和快速性.     

不确定非完整移动机器人的时变H∞控制

针对质心和几何中心不重合且两者距离参数未知情况下两轮驱动移动机器人的镇定问题,利用H∞控制技术对其进行了修正,设计出H∞控制器,再采用多变量低阶控制器逼近高阶控制器,使得该类型移动机器人的位姿能从任意的初始状态指数收敛到原点.最后仿真试验结果表明了该方法的有效性.     

考虑绕障时耗的四轮全向移动机器人轨迹跟踪控制

为保证移动机器人动态环境下的运行安全性,须结合轨迹重规划实现实时绕障;针对路径重规划会带来额外的计算负担、难以保证控制系统实时性的问题,为实现高效高精移动机器人运动控制,提出考虑绕障时耗的四轮全向移动机器人轨迹跟踪控制器．首先,将参考曲率引入四轮全向移动机器人的跟随误差模型,对控制时域和预测时域进行动态优化,提高弯曲复杂路径的跟踪精度;在此基础上,分析控制时域与重规划时耗的映射关联,设计自适应步长的调节策略,提升绕障模式下的控制实时性．测试结果表明：与比例-微分(PD)控制和传统滚动时域控制相比,所提出算法考虑绕障过程的跟踪控制性能更好,实时性更优．     

多移动机器人编队运动中的避障控制

多移动机器人的编队运动是一类典型的多机器人协调问题.针对多移动机器人在编队运动中的避障问题,提出了基于监控模式的控制系统框架,解决了避障过程中可能出现的掉队问题.仿真实验验证了控制方法和控制系统的可行性.