基于ROS的移动机器人控制系统实现机制与方法

ROS是目前广泛采用的开源机器人控制软件架构平台,本文采用ros_control实现机制,设计了移动机器人控制架构,通过不同参数配置文件和定制化硬件接口协议,实现了适应不同硬件配置的移动机器人差速运动控制。     

基于Internet的远程控制机器人系统结构设计

针对新一代网络移动机器人特点，构建了包括Web中心服务器、机器人控制服务器、图像服务器的遥操作移动机器人系统，该系统为研究者或机器人爱好者提供了一个远程控制移动机器人的试验平台，整个系统可加入更多的移动机器人，连接更多的图像摄像机，具有一定的开放性。     

基于Internet的远程控制机器人系统结构设计

针对新一代网络移动机器人特点，构建了包括Web中心服务器、机器人控制服务器、图像服务器的遥操作 移动机器人系统，该系统为研究者或机器人爱好者提供了一个远程控制移动机器人的试验平台，整个系统可加入 更多的移动机器人，连接更多的图像摄像机，具有一定的开放性。     

基于行为智能体的移动机器人系统

对智能体及多智能体系统的研究是当今人工智能领域的一个热点问题,如何把智能体的理论应用到机器人的控制中去也是一个非常值得研究的方向。目前,由于基于行为的控制结构,特别是SA结构,在实际控制中具有较快反应力而显得比传统方法更具智能,因而成为移动机器人控制研究关注的焦点。针对移动机器人在有障碍约束的非结构化环境中进行探障并实现避障任务这个问题,设计并建立了一个多自主机器人系统实验平台,实现了一个基于行为多智能体的移动机器人系统。     

移动机器人分布式控制系统的设计

针对自行研制的移动机器人(IMR01)设计并实现了一个分布式控制系统. IMR01采用激光雷达平台、多视觉系统作为环境感知器. 利用2-D平面扫描的激光测距传感器, 通过传感器平台俯仰与水平的转动实现在3-D环境感知, 建立地形的高度图以分析可行区域与障碍区域. 利用光纤陀螺仪、倾角仪及里程计等传感器构建移动机器人航向制导系统. 控制系统基于多系统集成的低功耗工控机(IPC), 在硬件上具有良好的扩展性能;通过无线网桥实现车载局域网与实验室监控系统的通讯. 分布式控制系统通过异构Agent间的协作实现复杂环境下的感知与导航控制.     

A Research Platform of Multi-agent System Robot Soccer Game

A soccer robot system (HIT-1) was built to participate in MIROSOT-China99 held in Harbin Institute of Technology. Robot soccer game is a very complex robot application that incorporates real-time vision system, robot control, wireless communication and control of multiple robots. In the paper, we present the design and the hardware architecture and software architecture of our distributed multiple robot system.     

A Research Platform of Multi-agent System Robot Soccer Game

A soccer robot system (HIT-1) was built to participate in MIROSOT-China99 held in Harbin Institute of Technology. Robot soccer game is a very complex robot application that incorporates real-time vision system, robot control, wireless communication and control of multiple robots. In the paper, we present the design and the hardware architecture and software architecture of our distributed multiple robot system.     

基于Cricket无线定位的移动机器人控制系统

移动机器人系统的定位问题是移动机器人导航控制的前提.将Cricket无线定位技术与移动机器人控制系统相结合,建立一套基于无线传感器网络定位的机器人控制系统,完成了Cricket无线传感器网络定位系统与移动机器人系统的信息传输与集成,实现对移动物体的定位、导航与控制.在静止情况下,Cricket系统的定位精度较好,定位采样数据误差在3cm内波动.当移动物体以较快速度变换位置时,系统的延时时间约为60ms左右.     

可抛掷移动机器人上下楼梯机构设计及仿真

针对可抛掷移动机器人体积小、质量轻,便于携带和快速部署,受自身体积限制,目前可抛掷移动机器人均不具备上下楼梯功能的问题.提出一种适用于可抛掷机器人的垂直上下楼梯机构,通常情况下,仍以抛投的形式进入工作环境,当需要进行多楼层搜索时,加装上下楼梯模块,而后以遥控模式驶入工作区.针对该机构进行控制方案设计,并基于RecurDyn及Simulink软件建立机械-控制系统模型,对机器人不同初始姿态的情况下进行上下楼梯动力学仿真.结果表明,可抛掷移动机器人能够实现自主上下楼梯功能,上下楼梯过程动作平稳.该机构解决了机器人上下楼梯性能与机器人体积重量之间的矛盾.      

足球机器人系统仿真中的数学模型

讨论了机器人足球比赛现实世界中各个实体的运行规律,建立了受非完整约束的移动机器人以及球的运动模型,并提出采用几何方法求解机器人运动模型精确解,以提高仿真精度,减少计算量·给出了机器人之间以及机器人与场地围墙、小球之间的碰撞模型,并分析了2个机器人之间的碰撞过程·为构建和开发足球机器人系统仿真平台与机器人的运动控制提供了模型基础     

基于Windows NT的开放式机器人实时控制系统

针对传统工业机器人所采用的专用封闭式结构的局限性，开发了一个可在Windows NT平台下运行的开放式工业机器人控制系统．该系统采用单处理器结构，可在通用的工业计算机和Windows NT加RTX实时扩展环境下运行，具有良好的实时性和友好的图形用户接口．系统软件采用3层递阶结构和模块化设计，各模块之间的通信被抽象和统一为接口，并且通过灵活的接口配置于系统对接口进行配置，可灵活地添加或删除接口，使系统软件具有良好的开放性和可扩展性．为了便于推广应用，采用标准C语言作为机器人编程语言，并提供一系列机器人编程接口供用户程序调用，使用户可方便地修改和添加控制算法．     

开放式自主移动机器人系统设计与控制实现

采用面向对象的方法设计了一个自主移动机器人系统--Frontier-I,并将Linux/Unix 下的进程间通信机制应用到系统的设计中.该系统基于Windows操作系统,采用全向视觉,能够实现诸如避障、导航和机器人足球等复杂的任务;在模块化的设计下,系统能够方便地加入新的模块以扩展其功能.     

机器人履约系统任务分配与货架储位再指派联合优化

为优化移动机器人履约系统（Robotic Mobile Fulfillment System,RMFS）中移动机器人运行成本,提出一种考虑移动机器人任务分配和货架储位再指派的联合优化策略。以移动机器人完成任务成本最小为优化目标,构建考虑移动机器人重载和空载成本差异的数学模型,并用遗传算法对模型进行求解。经与返回原位置及返回距离拣选台最近位置两种策略进行仿真实验对比,结果表明联合优化策略可以有效降低移动机器人完成任务成本,提高拣选效率。     

非完整约束下的轮式移动机器人轨迹跟踪

研究轮式移动机器人运动控制中非完整约束系统的轨迹跟踪性能。从非完整约束定义入手,通过非完整约束系统的判据和特点,推导几类典型的轮式移动机器人的运动学模型。通过一类控制Lyapunov函数来构造系统的控制器。利用Matlab/Simulink建立了非完整约束下的二轮和三轮机器人运动学模型,设计控制器实现机器人对圆形轨迹的跟踪。仿真结果显示:该控制器轨迹跟踪性能为稳态。通过轨迹曲线得到2种机器人的运动特点和相互关系。     

基于仿生鱼群优化方法的机器人队形控制

本文利用人工鱼群优化（AFSO）方法研究了多机器人的队形控制问题。机器人编队可视为寻迹问题,而编队寻迹是不断减小机器人与其期望编队位置之间的平移和角度误差的优化过程。每一个机器人的控制指令可看做是人工鱼群,通过一系列的控制实现期望队形。队形控制策略中包含机器人间的冲突规避行为。本文利用Matlab中的多机器人仿真器MRsim工具进行了仿真,结果表明本文提出的方法具有很高的有效性和效率,适用于各种形式的队形,可以被广泛应用在没有精确系统模型的无线传感器网络中。     

基于竞标机制的多移动机器人实时编队控制

研究了整体时间最优的多移动机器人实时编队控制问题。由于在多机器人编队围捕等一些任务中,存在任务时间或通信范围有限等约束,提出了基于竞标机制的时间最优控制策略。针对编队过程中机器人可能发生故障等问题,在实时编队控制策略中设置了监督机制,以保证任意时刻编队队形的完整。设计了与竞标和监督机制相适应的机器人编队及运动行为,使得移动机器人的运动时间最少。通过编队形成及编队改变等一系列实时编队仿真实验,结果表明:本文提出的编队控制策略灵活可行,且能满足编队控制中实时性的要求。     

基于CPLD的移动机器人导航系统设计

目前,自主行走机器人在众多领域发挥了越来越重要的作用。如在救援应用中,自主行走机器人能够深入到人类难以到达的地方获得很有价值的信息,从而为救援工作提供极大的帮助,挽救人的生命和财产。本文以救援机器人在为基础,设计了一种基于单片机的超声相控阵导盲避障系统,主要介绍系统的架构和超声相控阵导盲的实现方法。系统的主控芯片采用STM32,利用CPLD实现相控阵信号在空间的聚焦。该设计能够对地形进行简单探测,得出移动机器人可以通过的通道。该导航避障系统性能稳定,成本低,易于实现。     

轮式移动机器人直流伺服控制系统设计

随着移动机器人性能的不断完善,移动机器人的应用范围正在不断扩展,逐步进入到工业、军事、服务、教育等领域。设计满足人们的要求的轮式机器人系统一直是控制领域人们关注的热点。设计一直流伺服系统来实现轮式移动机器人的基本要求,设计首先给出了系统的方案。根据方案和所提供的参数性能指标要求。概述了PWM、编码器、直流伺服电机、机器人运动学和动力学。介绍了移动机器人运动系统,以及本设计中的典型Ⅰ型系统。对系统进行静动态分析,设计了一轮式移动机器人直流伺服系统,整定控制器参数。最后通过仿真给出系统的响应结果,进行分析,结果满足移动机器人的基本要求。     

递阶式虚拟结构非完整机器人的编队控制

提出一种递阶虚拟结构编队控制方法,将机器人编队按空间分布划分为簇,并定义某段时间内该簇(虚拟结构)的参考轨迹,将虚拟结构的运动转化为各机器人的期望轨迹,然后基于反步思想,并通过设计移动机器人误差跟踪系统的Lyapunov函数来设计动态反馈控制器,实现了对参考轨迹的全局渐近跟踪.最后通过对给定直线和圆轨迹的编队跟踪试验,验证了该控制策略的有效性.     

Relay switched, scalable topology control for mobile robot networks based on motion synchronization

A mobile robot network is said to be easily scalable to any number of robots if its performance is kept almost fixed after these robots are added or some fail in the network. An interaction dynamics model based on motion synchronization is first established. Considering the mobility of mobile robot networks, we propose a relay switched, distributed topology control for the scalable network to drive newly added robots to the most suitable positions with more neighbors as well as self-heal the blank positions of failed robots, and give a metric of the topology structure for evaluating the performance of network topologies. Then, we prove the stability of motion synchronization with the individual control based on Lyapunov exponent. Finally, the results of simulations have demonstrated the validity of the proposed modeling and control methods.