全地形移动机器人建模与控制研究综述

本文主要针对复杂地形给移动机器人机动性和安全性所带来的相关问题,从机器人建模、轮—地接触模型、车轮滑移、牵引力控制及稳定性控制等方面,对全地形移动机器人建模与控制的相关研究进行了全面综述,并分析了国内外研究现状,特别是近年来所取得的最新成果.最后,指出了目前存在的问题及将来可能的发展趋势.

基于自调整神经元的无人直升机航向控制方法

直升机航向动力学包含输入非线性、时变参数和主-尾旋翼之间的强耦合,传统的比例积分微分(Proportional integral differential,PID)方法很难达到良好的控制性能。基于以上原因,通过把自调整神经元与滑模控制相结合,提出一种能够解决带有输入非线性的航向自适应控制方法。与常规自适应控制相比,用滑模条件代替误差函数作为目标函数,使控制器在保证闭环稳定性的同时,能够进一步使跟踪误差满足期望精度。证明了该方法的稳定性,针对实际模型直升机试验平台航向动力学模型的仿真结果,以及与传统PID方法的比较都表明了该方法的有效性。

基于主动建模的无人直升机增强LQR控制

为了解决无人直升机控制问题,通过把主动建模与LQR(Linear Quadratic Regulator)控制相结合,提出一种能补偿模型差的控制方法。该方法在悬停状态下,采用简化模型设计LQR控制器,并通过UKF(Un-scented-Kalman-Filter)在线估计简化模型与全状态模型的模型差,使用模型差作为补偿项对LQR控制增强。针对实际直升机动力学模型进行仿真,验证了基于UKF的估计和增强LQR控制的有效性。仿真实验结果证明,基于UKF的主动建模技术能够快速估计状态和参数变化,并且增强LQR控制能够使系统适应模型不确定性。

输电线路巡检机器人越障控制研究

介绍了超高压输电线路巡检机器人越障控制方法。根据巡检作业任务的要求,采用遥控与局部自主控制相结合的方法,实现了巡检机器人沿线行走及跨越障碍的功能。采用基于单目摄像头定位和视觉伺服的方法,实现了巡检机器人的自主越障控制。实验结果表明,该机器人可沿线行走并自主跨越障碍,从而验证了控制系统设计的有效性与合理性。

模块化可变形机器人控制系统设计与变形方法研究

介绍了模块化可变形机器人控制系统的整体结构.控制系统的硬件和软件均采用了模块化结构的设计,增强了整个系统的可扩展性和容错性.针对该机器人的机构特点提出了一种新的变形方法———协同变形法.实验验证了控制系统的有效性和协同变形法的优越性.

一种全方位移动爬壁机器人系统设计

设计了一种具有适应多种壁面、越障能力强、能沿任意方向直线移动或在原地旋转任意角度的全方位移动爬壁机器人。详细论述了机器人本体机构的组成和爬壁机器人全方位移动的功能实现,并对控制系统进行了介绍。分析表明,该机器人是对高层壁面或容器清洗、喷漆及维护和检测的良好载体。

输电线巡检机器人行走动力特性与位姿分析

根据跨越超高压输电线路障碍物的类型,提出一种新的双臂自主越障巡检机器人机构。该机器人采用复合轮爪机构在架空地线上连续行走并跨越障碍。由于架空地线呈悬链线状,机器人在连续行走过程中会出现上坡和下坡,对行走动力特性的影响非常明显。在上坡时行走电动机提供驱动力矩,在下坡时行走电动机提供制动力矩,以保持匀速巡线。详细分析了机器人在架空地线上行走时所处的加速、匀速、减速和停止的各个状态,驱动机器人所需的驱动力矩以及它们与机构参数之间的关系,并应用优化方法给出各个状态电动机驱动力矩最小时,机器人机构参数对应的最优解,为巡检机器人的设计和控制系统方案的确定提供了理论依据。

轮式移动机器人轨迹跟踪的最优控制

深入分析了轮式移动机器人的运动状态,建立了WMR路径偏差系统的非线性数学模型。应用小偏差线性化理论,将该多输入多输出非线性系统简化成一个单输入单输出线性系统。然后基于线性二次型调节器理论进行了系统最优控制器的设计,并针对该理论中加权矩阵Q与R难以确定的问题,从控制效果出发,采用自适应遗传算法对其进行了优化。实现了移动机器人对预定轨迹的满意鲁棒跟踪,同时满足了实时性要求。实验结果证明了该方法的正确性与实用性。

基于Agent的网络遥操作机器人系统控制研究

为了充分发挥智能机器人的自主性和人的主观能动性,实现通过网络遥操作非结构化环境下的智能机器人,提出了一种基于Agent的网络遥操作机器人控制系统结构,分析了控制系统中各部分的功能,给出了系统中各个Agent的实现方法。该控制方法已通过仿人形机器人的遥操作控制实验得到了验证。

网络遥操作机器人的任务产生方法研究

为了解决网络遥操作中操作者误操作问题,给出了一种在非结构环境下遥操作机器人的模糊控制方法,介绍了一种网络遥操作机器人控制系统结构,对任务产生器进行了设计,并以网络遥操作机械手抓取物品为例,通过实验验证了所设计方法的合理性。

软件设计模式在移动机器人控制系统中的应用

介绍了软件设计模式的基本概念和主要特点。分析了已有移动机器人平台控制系统的功能需求,阐述了总线模式的结构及实现机制。运用总线模式设计了机器人控制系统,并在QNX平台下使用标准C++完成了该控制系统的实现。设计实现的控制系统结构合理,具有很强的实时性、可靠性和可扩展性。

基于视觉和超声信息的机器人行为控制

随着机器人应用范围的不断扩展,机器人所面临的工作环境也越来越复杂,多数是未知的、动态的和非结构化的。通过对基于行为的机器人控制技术的研究,设计了一种用于完成多目标任务的移动机器人行为控制系统。将基于行为的控制技术融合进模糊控制的思想中,使移动机器人的行为通过运用模糊控制和基于优先度的行为决策来实现,并且通过视觉信息使机器人能够完成面向目标的任务。

可重构机器人体系结构及模块化控制系统的实现

本文提出了一种适用于新型可重构星球机器人的模块化控制系统,根据机构和运动特性,基于CAN总线和分布式控制器技术,将系统结构和功能分解成不同模块由各自的控制器独立执行,建立具有任务层和运动层的分层次控制结构,实现了组合式规划、分布式控制的混合式控制方法。本文设计了两种不同的控制器,并采用PPG脉冲宽度调节方法实现了对在机器人上使用的R/C电机的标定和控制。通过在子机器人原理样机上进行实验,验证了这套控制系统和控制体系结构的可行性。

一种五自由度机电测控系统的设计与实现

文章提出了一种基于五自由度机电系统的测控系统设计方法,并从机械系统构成、测控系统结构及软硬件设计方面论述了系统实现技术。针对系统特定的功能要求,文章详细介绍了位姿组合测量和各位姿自由度控制的测控方法,并应用模块化设计和数据流分析方法进行软硬件设计。通过实验进行系统特性分析,得到运行参数指标。实验证明这种设计方法和实现技术合理可行。

可重构星球探测机器人控制系统的设计与实现

介绍了一种新型可重构星球探测机器人系统.基于这种机器人功能和结构的分解特点,设计了模块化控制系统,使用CAN总线技术作为模块间主要通讯方式.提出了控制原理和集中式控制算法,有效地实现了一台子机器人在不同模式状态下自主运动和操作的控制,并通过原理样机实验验证了这套控制系统的可行性.