基于圆弧-直线-圆弧理论的移动机器人路径规划研究

为实现移动机器人点到点的平滑运动,需要规划出一条平滑路径使移动机器人到达目标点的位置和目标方向。针对传统Turn-Run-Turn方法规划的路径不连续,效率低等问题,在双圆弧理论的基础上提出圆弧-直线-圆弧路径规划方法并进行了理论推导。在实验室环境下,采用履带式移动平台对本文提出方法进行了实验验证。实验结果表明,通过该方法可使移动平台到达目标点的位置和方向,其横向误差均值为10.5 cm,纵向误差均值为3.7 cm,方向误差值均值为1.5°。     

六轴串联机器人位姿同步的实时轨迹规划

【目的】为实现工业机器人末端的位型控制,生成光滑末端位姿轨迹,提出一种位姿同步的实时规划策略。【方法】首先,基于非均匀B样条的路径规划方法,并结合基于单位四元数的姿态规划方法,拟合位姿示教点获取机器人末端位姿轨迹参数;然后,基于S形加减速曲线规划机器人末端切向速度;最后,根据曲线长度和曲线参数的对应关系,实时计算末端位姿。【结果】规划所得机器人末端路径通过所有示教点,曲线长度和参数的拟合误差小于0.01 mm,末端速度连续,在其他条件相同时,球面样条插值下的姿态过渡更平滑。【结论】当机器人末端沿算法指定的位姿路径移动时,末端速度可控,关节过渡平稳,这也验证了上述算法的有效性。     

一种新的移动机器人路径跟踪控制策略

阐述了移动机器人路径跟踪控制的原理,分析了移动机器人的位姿误差,通过对误差矢量进行降维处理提出了一种有效的跟踪控制策略.     

双圆弧优化算法的足球机器人路径规划

根据双圆弧数据逼近方法,提出一种足球机器人路径规划算法,弥补机器人小车到达定点常用Turn-Run-Turn方法及模糊控制(PID)方法存在的不足.利用由分段圆弧曲线连接而成的双圆弧,具有满足任意端点及其斜率特性要求的特性,解决机器人小车到达目标点位置和姿态的运动过程中遇到障碍物及保持最佳姿态的路径规划问题.最后,利用复合形法,求解障碍物约束条件下的非完整移动机器人路径规划问题,并进行运动路径寻优.结果表明,该方法简单有效,对机器人初始条件不加限制,计算量非常小.     

室内移动机器人路径规划研究

路径规划是自主移动机器人的研究重点。针对传统的A*算法搜索出的路径存在途径危险区域,未考虑机器人外形尺寸、路径不平滑等问题,提出了一种改进A*算法的路径规划方法。在新的栅格化环境地图中,通过改进的搜索策略进行路径搜索;并对路径点删减和优化,通过分段多项式曲线平滑路径。实验仿真结果表明,新方法生成的路径满足移动机器人的动力学和运动学特性,且更符合室内移动机器人的轨迹跟踪和运动控制,该方法简单有效。     

足球机器人的双圆弧射门算法研究

为了提高机器人足球比赛中的成功率,在分析了基本算法不足的基础上,利用能够满足任意端点及其斜率要求的双圆弧曲线来解决机器人小车到达目标点的位置,以及姿态运动过程中遇到障碍物能够保持最佳姿态的射门问题,并利用优化设计中的复合形法进行了运动路径寻优.仿真结果表明,利用双圆弧曲线可保证足球机器人有效地避开障碍物到达目标位姿,且可保证规划路径上的每一点均能满足非完整约束条件,有效地为足球机器人规划出避碰最优路径.优化后的方法简单有效,可对机器人的初始条件不加限制,计算量非常小,因此有较高的实用价值.     

复杂环境下移动机器人路径规划算法

对复杂环境下移动机器人全局和局部路径规划问题进行研究,提出一种全局-局部混合模式的路径规划方法.首先,对全局运动空间进行建模,运用全局模式规划一条从起点到终点的全局路径;然后,针对空间中影响机器人运动的移动物体,通过位置、速度分析碰撞的可能性,从而进行局部路径规划;最后,基于MATLAB仿真平台,将文中方法与经典人工势场法、改进人工势场法进行对比实验.实验结果表明:文中方法在机器人路径规划任务中的总时长和总长度均优于其他两种方法.     

基于串级PID的机器鱼位姿控制算法

针对三关节仿生机器鱼的位姿控制问题, 首先, 介绍三关节仿生机器鱼的硬件结构及其运动控制系统; 其次, 基于期望位姿建立坐标系, 构建机器鱼的位姿误差模型； 再次, 在串级比例-积分-微分(PID)控制系统的基础上, 提出基于串级PID的仿生机器鱼位姿控制算法; 最后, 在URWPGSim2D仿真平台和多水下机器人协作控制系统平台下分别进行算法仿真实验和实体实验. 实验结果表明: 与时变反馈控制算法相比, 基于串级PID算法的仿真机器鱼到达目标位姿所用时间增加, 但位置误差和方向角误差减小, 位姿控制的精度提高; 仿生机器鱼到达期望位姿所用时间为14.4 s, 位姿误差为(-3像素,-4像素,0.062 rad), 基本满足循迹和搬运等应用要求, 验证了算法的有效性.     

高冗余类人双臂移动机器人运动规划

将差速移动平台和固定类人双臂机器人组合成高冗余类人双臂移动机器人,针对该机器人高冗余、类人双臂和移动的特点提出一种整体性分解运动速度控制算法(w RMRCA)进行运动规划,将双臂末端执行点运动分解为该机器人移动平台左右轮和类人双臂各个关节的协调运动.通过对单双臂移动机器人仿真比较表明:类人双臂移动机器人具有更多的冗余,更好的平滑性和灵活性,更大的操作空间;在整个移动操作过程中差速移动平台和双臂之间有更好的协调操作特性,拥有更大工作空间.该算法在高冗余机器人系统中运动规划的有效性得到了验证.     

多移动机器人保持队形路径规划

将多移动机器人的运动控制和路径规划有机结合,提出了多移动机器人的队形模型和保持队形的定义.在此基础上,以基于行为的导航算法为基础,将机器人队列的运动过程划分为正常运动、避障和恢复队形3个阶段.在避障阶段,引入虚拟机器人使队形保持部分完整;当队形被严重打乱时,规划机器人的局部目标位姿使队列快速恢复队形.仿真实验表明,该控制方法不仅使多移动机器人安全避障,而且队形保持较完好.     

基于改进快速扩展随机树算法的移动机器人路径规划

针对快速扩展随机树(RRT)算法为移动机器人规划的路径存在曲折冗长,且容易与障碍接触过近的问题,提出了一种改进的RRT算法;设计了新的临时目标点选取规则以及自适应步长调整策略;考虑到移动机器人的自身约束条件,设置了最小转弯半径和最小安全距离约束,并对规划出的路径进行平滑处理。仿真实验结果表明,改进的RRT算法能够有效地生成移动机器人的可行路径,与传统的RRT算法相比,在宽敞环境和狭窄环境中的平均路径长度分别减小了77.41和20.09,规划所得路径较为平滑,能够与障碍物保持一定的距离。     

基于激光雷达的室外移动机器人三维定位和建图

针对室外复杂地形环境下移动机器人基于激光扫描数据的辅助三维定位和建图方法进行了深入研究,首先通过惯导(IMU)里程计方法高频率但是低保真度地输出位姿预估值,然后采用正态分布变换匹配定位方法以较低频率对预估位姿进行迭代校正,从而得到移动机器人精确的三维位姿估计.在此基础上构建了室外环境的准确三维点云地图.以配备三维激光数据采集装置的履带式移动机器人作为实验平台,在室外大范围校园环境中对本文所论述的方法进行了实验验证,其结果证明本文所采用方法的可行性和有效性.     

基于综合导向的轮式移动机器人自适应轨迹跟踪控制

分析了不确定的具有非完整约束轮式移动机器人系统的轨迹跟踪问题,提出了一种自适应的轨迹跟踪控制方法,该方法在运动学模型的基础上通过引入状态微分反馈实现.同时,该控制方法提出在对轮式移动机器人进行导航时引入人工场,使其和位姿误差一起作用完成导航控制.基于轮式移动机器人的仿真实验,以及实际轮式移动机器人的控制实验表明,该方法可以对不确定的轮式移动机器人轨迹跟踪进行有效控制,而且在导航中使轮式移动机器人具有更理想的轨迹.     

基于激光雷达的移动机器人实时避障策略

以激光雷达为主要传感器, 对移动机器人设计一种实时避障算法. 该算法考虑到机器人的非完整约束, 利用基于圆弧轨迹的局部路径规划和控制使之能够以平滑的路径逼近目标位置. 采用增强学习的方法来优化机器人的避障行为, 利用激光雷达提供的报警信息形成刺激-反应式行为, 实现了动态环境下避障行为, 具有良好的实时反应能力. 该控制算法采用分布式软件设计方法, 各功能模块异步运行, 较好地实现了局部规划与全局导航目标的结合. 该策略针对移动机器人MORCS在未知环境下实现了实时、有效避障, 动作稳定流畅, 轨迹平滑, 具有良好的效果.     

机器人路径规划：一个改进的粒子群灰狼混合算法

为提高自主移动机器人路径规划器的快速性和最优性，提出一种改进的基于粒子群优化（PSO）算法和灰狼优化（GWO）算法的混合算法，简称H-PSO-GWO算法。首先，利用Tent混沌映射初始化种群，提高种群多样性；然后，采用改进的控制参数和新的个体位置更新策略来加快算法的收敛速度和增强种群个体趋于全局最优的能力。通过与其他算法进行数值对比实验和路径规划对比试验，验证了所提出算法的有效性和优越性。最后，使用贝塞尔曲线将所生成的路径平滑化，使得路径更适合移动机器人移动。     

基于深度强化学习的机器人未知环境路径规划

为解决未知环境中移动机器人的自主路径规划问题，提出了一种基于深度确定性策略梯度(DDPG)的改进算法。该算法通过激光雷达数据、机器人位姿以及速度信息建立策略映射，在连续动作域中输出线、角速度直接控制机器人底盘运动。设计了新的连续奖惩函数，缓解了奖励稀疏问题；融合了优先经验回放机制、人工演示数据机制以及多控制器引导机制，提高了算法训练效率。通过ROS+Gazebo平台进行模型训练，训练结果表明，改进算法仅需原始算法训练步数的47%,就获得了相同水平的奖励；设计对比实验，结果表明，相较于原始算法和传统的局部路径规划动态窗口法，改进算法在无碰撞的基础上运动轨迹更加平滑且耗时更短，验证了改进算法的有效性。最后搭建轮式差速机器人平台，设计未知环境导航实验，证明了算法的实用性。     

考虑融合多传感器误差项优化方法的定位技术研究

为了实现移动机器人的精确自主定位,根据不同传感器的测量原理定义了视觉误差和惯性测量单元误差项,采用基于图优化的思想构建一个最小二乘问题的位姿估计器数学模型,并把多种传感器的误差项添加到估计器中,使用优化工具求解出最优的位姿,实现多传感器的融合定位。通过在仿真实验平台上运行公共数据集,实验结果表明单传感器的定位方案因为尺度模糊和累计漂移的问题在绝对位姿误差平均值达到7.942 m,而融合多传感器的定位方案的绝对位姿误差平均值为0.234 m,说明融合多传感器的定位方案比单传感器定位方案在定位上更加准确和鲁棒。     

基于五次Hermite插值的移动机器人路径规划方法研究

根据五次Hermite插值所得的曲线具有曲率连续的特点,提出了基于五次Hermite插值的移动机器人路径规划新方法,并应用该方法对前轮驱动兼操舵式移动机器人进行路径规划.实验结果表明,所提出的移动机器人路径规划方法不但可满足移动机器人在目标点时的姿态要求,而且可使前轮驱动兼操舵式移动机器人的操舵角连续变化,有利于移动机器人跟踪规划路径.     

主-从式手术机器人运动一致性分析

采用成熟的机器人误差理论建立了主-从手术机器人位姿误差模型,开发了基于MATLAB的位姿误差计算程序.采用蒙特卡罗法绘制了最大位姿误差图谱,对两种主手与三种从手机器人进行了仿真计算和运动一致性分析,给出了运动一致性条件,为进行主-从操作机器人精度设计提供了理论依据.     

移动机器人头-眼关系的自标定算法

针对一种特殊的仿人双臂移动机器人,基于双目视觉算法,在分析其运动关系的基础上,利用移动机器人的本体手臂,采用几何法和位姿分离法相结合的算法,对仿人机器人头部相机的位姿进行了标定.该标定算法无须外部标定模板,可快速准确地建立移动机器人视线坐标系和基础坐标系的位姿转换矩阵.实验结果验证了该标定算法的有效性,算法能满足移动机...