采用惯性测量单元的移动机器人轨迹跟踪方法研究

对于非完整移动机器人的轨迹跟踪控制已有很多方法提出,但是这些方法或者是基于动力学模型或者是采用复杂的运动学模型,对于缺少强大计算设备且需要实时控制的工程应用是不适合的.本文针对非完整移动机器人提出了一种基于比例微分(proportional-differential,PD)控制器的实时轨迹跟踪控制方法.该方法运行在40 MHz的嵌入式控制器上的控制周期只有1～2 ms.通过将一个用于直流电机控制的非线性PID速度控制器与提出的轨迹控制器进行集成,实现了一个轮式移动机器人的运动控制.机器人轨迹跟踪实验系统中采用微机电系统(micro electro-mechanical system,MEMS)惯性测量单元检测轮式移动机器人的偏航角,实验结果验证了提出方法的有效性.     

轮式移动机器人固定时间轨迹跟踪控制

针对存在外部干扰的轮式移动机器人轨迹跟踪控制问题,提出一种固定时间轨迹跟踪控制方案.首先,对于轮式移动机器人的运动学误差模型,基于一种新颖的积分滑模面设计固定时间运动学速度控制器,使跟踪误差在固定时间收敛到原点所在的邻域内;其次,对于轮式移动机器人的动力学模型,设计固定时间干扰观测器对外部干扰信息进行估计,提出一种固定时间轨迹跟踪控制器,以确保动力学系统的固定时间稳定性,实现轮式移动机器人的高精度轨迹跟踪控制;最后,通过仿真结果验证所设计的轨迹跟踪控制方案的有效性.     

非完整移动机器人轨迹跟踪自适应控制器设计

针对轮式移动机器人的非完整运动学模型,将自适应反演控制技术和李亚普诺夫稳定性理论应用于机器人轨迹跟踪控制,设计了具有全局渐近稳定性的自适应轨迹跟踪控制器,并在Matlab环境下实现了移动机器人对直线和椭圆2种轨迹追踪的仿真实验.实验表明:该控制方法在轨迹跟踪控制中有较好的航向跟踪效果,对机器人非完整系统模型的非线性特性...     

滑动与打滑条件下的轮式移动机器人自抗扰跟踪控制

针对具有未知的滑动与打滑的轮式移动机器人(WMR),提出了一种基于自抗扰思想的跟踪控制策略.首先建立了滑动与打滑条件下的轮式移动机器人动力学模型.其次,由反步法设计运动学控制器,基于模型设计线性扩张观测器和动力学控制器,并给出了控制器稳定性分析.最后与积分滑模控制进行了仿真对比,结果表明该控制方法的误差收敛速度更快.观测器能够精确估计滑动与打滑及动力学不确定性对机器人的扰动,提高了轮式移动机器人轨迹跟踪的鲁棒性.     

基于轨迹跟踪车式移动机器人编队控制

针对车式移动机器人的运动学模型特点, 提出一种基于轨迹跟踪多机器人编队控制方法. 首先利用编队结构参数确定队形, 根据编队轨迹和相关参数生成虚拟机器人, 把编队控制转化为跟随机器人对虚拟机器人的轨迹跟踪; 然后运用反步法构造车式移动机器人轨迹跟踪系统的Lyapunov 函数, 通过使该函数负定, 得到跟随机器人的轨迹跟踪控制器; 最后在Microsoft robotics developer studio 4 (MRDS4) 中搭建3D 仿真平台, 设计了3 组实验, 所得结果表明了所提出方法的有效性.     

存在滑移和侧滑的轮式移动机器人轨迹跟踪

轮式移动机器人由于存在非完整性约束,其轨迹跟踪有一定挑战性.实际机器人运动中由于轮胎变形或其他原因,往往存在侧滑和滑移,对存在滑移的轮式移动机器人进行了研究,对其建立运动学模型,对存在滑移的轮式移动机器人的轨迹跟踪进行研究.基于Iyapunov函数,提出了轨迹跟踪控制算法,最后使用Matlab进行仿真,证明该控制算法具有快速,精确,全局稳定的良好特性.     

非完整轮试移动机器人的轨迹跟踪滑模控制

由于轮式移动机器人的非完整性质和运动受限性质,它的轨迹跟踪已经成为一类具有挑战性的控制问题.针对一个可以在医院环境中执行护理任务的室内移动机器人-护士助手机器人,提出一种轮式移动机器人的轨迹跟踪滑模控制方法.由移动机器人在极坐标系中的运动学方程出发设计一个滑模控制器,进而提出了一种新的滑模控制方法,解决了在极坐标系中关于运动学的跟踪问题.分析了此方法的稳定性和执行性能,并且通过仿真证明这个控制方法的实际应用的有效性.     

基于RTK-GPS的轮式移动机器人轨迹跟随控制

针对轮式移动机器人的轨迹跟随问题,提出了一种基于RTK-GPS(real-time kinematic GPS)的轨迹跟随控制方法.首先,将GPS(全球定位系统)轨迹地图和机器人实时的RTK-GPS经提出的坐标转换模型转换到同一平面坐标系.因为RTK-GPS受干扰时会出现GPS点跳变,所以采用标准卡尔曼滤波器进行滤波,用最优估计值作为机器人真实的位置.通过遍历轨迹地图找寻初始最近目标点,然后不断更新目标点并采用角度偏差比例-微分控制器实时控制机器人的转向,实现了轮式移动机器人的轨迹跟随.最后,在改型轮式移动机器人上进行了实验,实验结果表明整体算法具有较高的可靠度,跟随具有代表性的"蛇"形轨迹和"8"字形轨迹时分别将偏差控制在0.42 m以内和0.67 m以内.     

轮式机器人滑模轨迹跟踪控制器设计

轮式机器人是一个典型的非完整性系统。由于非线性和非完整特性,很难为移动机器人系统的轨迹跟踪建立一个合适的模型。介绍了一种轮式机器人滑模轨迹跟踪控制方法。滑模控制是一个鲁棒的控制方法,能渐近的按一条所期望的轨迹稳定移动机器人。以之为基础,描述了轮式机器人的动力学模型并在二维坐标下建立了运动学方程,根据运动学方程设计滑模控制器,该控制器使得机器人的位置误差收敛到零。     

提高轮式移动机器人性能的AKF 和滑模相结合控制方法

针对轮式移动机器人在实际工作中不可避免地受到环境因素影响的问题,采用Sage-Husa自适应卡尔曼滤波对带有白噪声的参考轨迹进行估计,以提高测量信息的真实性;同时在速度控制的基础上,考虑机器人动力学模型及其外界干扰,利用滑模控制思想设计出具有渐近收敛性的力矩反馈控制规律来跟踪滤波后的估计值.仿真结果表明,该控制方法能有效抑制测量噪声和外界干扰的影响,快速跟踪任意参考轨迹.