基于ROS的全向移动机器人控制系统的设计与实现

文章基于开源机器人操作系统(ROS)设计了一套低成本、高性能的移动机器人控制系统方案。该方案基于分层控制的理念将移动机器人的控制系统分为应用层、决策与规划层和运动控制执行层,各层次功能明确,层次间低耦合,易于移植和维护。应用层融合了物联网技术解决了移动机器人平台与用户端的通信问题;决策与规划层基于ROS实现机器人的即时定位与地图构建,并根据机器人状态以及用户命令实现机器人室内导航功能;运动控制执行层基于Free RTOS实时操作系统实现对机器人运动状态的实时控制,并采用了三轮全向移动的控制方式,运动方式更加灵活。     

移动机器人自主定位和导航系统设计与实现

为实现未知环境下,移动机器人自主定位和导航,构建精准的环境地图,提出移动机器人导航系统设计方法。采用蒙特卡洛算法对机器人进行定位,通过栅格地图扫描匹配方法进行地图构建,利用Dijkstra算法对当前地图进行路径规划。将上位机和下位机串口通信,把上位机路径规划的Twist消息发送给下位机,采用底层控制器来控制电机,实现移动机器人自主运动。实验结果表明:在实际环境中,移动机器人能够从起始点出发,自主绕过障碍物到达目的地,验证了该移动机器人自主导航系统设计方法的有效性。     

基于激光SLAM的移动机器人导航算法研究

定位技术是机器人技术中导航控制和路径规划的关键问题,传统定位方式采用全球定位系统(GPS),难以完成精准的定位导航功能,不依赖于GPS的定位导航方法是目前机器人领域的研究热点。提出一种基于激光雷达采集的点云信息帧间匹配方法,根据改进式激光点云数据的位姿估计算法,结合非线性优化进行了校正和优化,完成移动机器人对未知环境的精确定位。通过ROS机器人操作系统搭建实验平台,对改进算法进行验证,证明改进后帧间匹配算法的建图和定位效果对应的鲁棒性与定位精度效果更佳,可满足工程要求。     

基于视觉的移动机器人避障控制系统设计

针对三轮全向移动机器人自主避障行进问题,提出一种以STM32F1处理器为核心的视觉避障控制系统。分析三轮全向移动机器人运动模型,设计避障机器人的硬件控制系统。利用OpenMV OV7725图像模块识别障碍物并获取障碍物位置信息。根据位置信息,采用模糊控制算法控制机器人移动方向,实现自主避障功能。结果表明:利用该系统,三轮全向移动机器人能自主识别并成功避开行进路线中的障碍物。     

清雪机器人自主定位与导航系统设计与开发

针对清雪机器人在未知环境中缺乏环境感知能力和自主规划路径等问题,研究基于机器人操作系统（ROS）结合激光雷达的同时定位与建图技术（SLAM）、路径规划技术,确定清雪机器人的研究思路。采用基于改进Rao-Blackwellized粒子滤波SLAM用于机器人在未知环境中实现同时定位和建图,通过激光雷达扫描匹配建立栅格地图,采用A*和DWA算法对建立的栅格地图进行全局路径规划和局部动态避障,并通过自主开发的清雪机器人作为实验平台验证可行性。结果表明：在实际环境中,基于激光雷达的同步定位与建图有效解决了清雪机器人位姿估计和地图构建问题,清雪机器人能够按照指定清雪路线移动,并避开实时出现的障碍物,验证了清雪机器人设计的可能性。     

一种光电式机器人路标的研究

介绍了红外线数据传输的基本原理，采用红外发射二极管TSAL6200、一体化接收头NBl838和编、解码芯片VD5026、VD5027设计了，一套红外数据传输系统，并把它作为路标用于移动机器人的路径规划和地图构建。使用该路标可降低移动机器人对导航、测距传感器的精度和数量的要求，降低机器人的成本，提高机器人的作业能力和可靠性。     

全向四驱变电站巡检机器人运动控制系统设计

为了实现变电站室内外一体化巡检,开发全向四驱结构的变电站巡检机器人。着重阐述该机器人运动控制系统的开发过程:介绍全向四驱移动平台的机械结构及运动控制系统结构,建立移动平台的运动学模型,探讨全向四驱机器人不同的运动模式并提出了控制方法。对研制的全向四驱变电站巡检机器人进行测试,验证了运动控制系统的可靠性以及控制方法的有效性。     

基于概率神经网络的全向足球机器人运动系统的故障诊断

全向足球机器人运动系统故障诊断研究对于增强其鲁棒性具有重要意义。在分析全向足球机器人运动系统故障类型的基础上,提出了基于概率神经网络的全向足球机器人运动系统故障诊断方法。在该方法中,采用卡尔曼滤波器实时处理全向足球机器人运动速度的残差信号,并通过概率神经网络对其故障进行诊断。给出的仿真实例证明了该方法的有效性。     

基于多Agent的移动机器人体系结构研究

简要分析移动机器人系统的工作原理的基础上，构建了一种基于多Agent的移动机器人的体系结构。并以投篮机器人为研究对象对Agent的功能、Agent的特征及Agent的工作过程等问题做了较为详细的阐述。     

基于ORB特征和里程计信息的机器人视觉导航

提出一种基于ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)特征和里程计信息的移动机器人视觉导航方法。该方法提取输入场景的ORB特征作为显著路标,同时提取机器人里程计信息计算行为模式,将显著路标和行为模式作为状态节点进行机器人环境拓扑地图的构建。基于特征匹配技术进行机器人的状态定位,并选择状态中对应的行为模式实现机器人的路径跟踪导航,且在导航过程中有防止偏移既定路线的调整机制。实验表明:文中的方法能够较好的完成机器人的导航任务,并且对环境中的动态信息具有一定的鲁棒性。     

基于嵌入式PC的机器人运动控制系统设计

针对现有全向移动机器人电控系统结构复杂、可靠性低的问题,设计了一种基于嵌入式PC的机器人运动控制系统。控制器连接传感器检测和电机驱动等Ether CAT总线端子模块,实现硬件的模块化集成,使系统硬件结构更紧凑。采用模糊控制算法跟踪路径,软PLC的任务分配实现软件的模块化设计,程序的执行效率更高。实验结果表明:电机响应速度快且鲁棒性好,机器人能准确跟踪预定路径,验证了该控制系统的有效性和稳定性,能满足复杂环境下的应用要求。     

比赛用竞速机器人系统研究

针对比赛用竞速机器人,基于现代控制理论、现代设计方法、传感器工程学的理论进行竞速机器人系统研究与设计.阐述比赛用移动机器人控制原理及实现方法,采用双路H桥式电路构成直流电机驱动器,S7136红外芯片作路况传感器.实验结果表明:该系统具有较好的检测与识别能力,具有速度响应快、稳态性好、抗干扰能力强的特点.     

基于图像的机器人视觉伺服系统仿真

以四自由度GRB-400工业机器人为研究对象，采用CORECO图像采集系统，构建了基于图像的视觉伺服控制系统。建立了机器人视觉伺服系统的数学模型，推导了GRB-400机器人系统图像雅克比矩阵。应用Matlab和Simulink，对GRB-400机器人图像视觉伺服系统进行仿真实验。结果表明，本文构建的机器人视觉伺服系统对静态目标定位、对直线运动目标及曲线运动目标进行跟踪，可以达到较快的响应和较高的精度。     

基于捷联惯导的球形机器人设计与仿真研究

全封闭与全方位运动是球形移动机器人的突出优点,非常适用于一些特定领域。针对目前球形机器人设计中获取信息困难与自主导航难以实现的问题,设计了基于捷联惯导的球形机器人。采用重心偏摆与惯性力矩复合驱动的机械结构,设计以ARM+FPGA为核心的控制系统,基于捷联惯导实现机器人在室外环境的全向运动。对球形机器人进行了动力学分析与控制系统仿真,成功解决了球形机器人在室外的定位与运动控制问题,为球形机器人的实际应用提供了条件。     

室内移动机器人RFID标定系统开发

为利用有源RFID信号对室内移动机器人定位,开发了基于有源RFID信号强度的参数标定系统。在阐述RFID的组成及工作原理的基础上,分析信号强度和几何距离的映射关系,确定了RFID参数标定方法。采用有源RFID HR-6020C读写器和WS-HT06电子标签构建RFID标定系统,进行有源RFID的RSSI值采集,计算出机器人定位环境下标定系统参数P(d0)和n,为开发基于RFID信号的室内移动机器人定位系统奠定了基础。     

基于ROS的惯性和视觉里程计的机器人室内定位

高精度定位是室内移动机器人的基础,针对视觉里程计在室内定位中存在的精度与累计误差的问题,提出基于ORB-SLAM2与IMU的VIORB-SLAM2视觉惯性组合定位方法,首先建立视觉里程计与机器人的坐标系联系。然后利用惯性传感器构建机器人运动预测模型,基于Kinect使用ORB-SLAM2输出视觉里程计作为机器人位姿更新,通过扩展卡尔曼滤波器对视觉里程计与IMU输出的位姿进行最优估计。设计了硬件和软件平台对提出的方法进行实验。实验表明该方法优于单独使用传统的轮式里程计与视觉里程计,有效提高了机器人移动过程中的定位精度,减少误差累积。     

基于RISE的多移动机器人渐近轨迹跟踪控制

针对目前多移动机器人轨迹跟踪控制精度不高的问题,基于RISE(robust integral of signum of error)方法提出了一种渐进轨迹跟踪控制算法。首先,建立了差速机器人的动力学模型,并进行系统解耦及反馈线性化,得到一般的二阶系统模型;其次,对多机器人系统,基于RISE方法提出了对二阶可导且有界的时变信号的跟踪算法,实现领导者输入未知的情况下对时变信号的渐进轨迹跟踪。且该算法基于分布式结构,机器人无需知道全局状态信息。另外,应用李雅普诺夫稳定性理论、代数图论的方法证明了算法的稳定性,并给出系统稳定必要条件。在文章最后,给出了仿真实例和实验数据,证明了算法有效性。     

基于DSP的移动机器人运动控制系统

研发了一种移动机器人,该机器人包含双电机驱动的底盘系统和具有2自由度摆臂、2自由度头部的机器人本体;采用DSP芯片为核心控制芯片,实现了移动机器人的运动控制。文中详细讨论了机器人运动控制系统的总体框架结构及软、硬件,研究了所采用的控制方法、软件结构等,重点介绍了运动控制系统的主程序、芯片初始化和端口应用、中断程序,并通过实验证实了所研制的DSP控制的移动机器人能够满足运动控制要求。     

一种三轮结构的全方位机器人运动规划

全方位移动机器人具有在平面运动中的全向性,能够在狭小的环境中灵活运动。文章在分析了全方位机器人沿不同运动方向行驶时速度及加速度各向异性的基础上,对全方位机器人在无障碍平面中"点到点"的运动过程进行了研究,提出了两种三轮全方位机器人的运动规划方法,一种是无自转平移运动规划方法,另一种是平移与自转规划方法。通过仿真实验,对比了两种方法的运动时间以及行驶距离,仿真结果显示加速方法最多可以将行驶时间减小10. 3%。两种新型运动规划方法具有各自不同的特点,合理利用这些特点可以实现机器人的快速避让。     

小型Delta机器人理论建模及抓取实验研究

人机协同操作是机器人研究的热点。基于自主搭建的用于人机协同操作的小型Delta并联机器人,对其进行了系统地理论建模及抓取实验研究。建立了系统的运动学约束方程,推导出机构的运动学正逆解方程,并在此基础上利用虚功原理建立系统的简化动力学模型。在工作空间内对末端进行抓取轨迹规划。为检验系统的可行性,搭建实验系统进行抓取实验研究,实验结果表明了该小型Delta机器人系统的可行性,为后续人机协同操作奠定理论和硬件基础。