基于视觉反馈的机器人末端轨迹跟踪控制研究

工业机器人受机械本体间隙误差及外界干扰,在进行焊接、喷涂等工作时难以精确跟踪期望轨迹,严重影响工作效率和质量。根据视觉反馈控制原理,提出一种基于视觉反馈的末端位置动态补偿方法,设计视觉及末端执行器补偿机构,通过高速相机检测机械臂末端与期望轨迹的图像位置偏差,利用末端执行器进行位置补偿,可以快速高精度跟踪期望轨迹。通过实验对提出的方法进行验证,结果表明即使有外界干扰的情况下,机器人末端的跟踪误差最大为1.45 mm,显著提高了轨迹跟踪精度和跟踪速度,满足工业机器人末端快速、高精度的轨迹跟踪工况要求。     

无速度反馈的双臂空间机器人模糊滑模控制

针对存在不确定性且无速度反馈的自由漂浮双臂空间机器人关节轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于状态观测器的模糊滑模控制方法.根据双臂空间机器人完全驱动动力学方程以及运动学方程,建立自由漂浮状态下系统的关节空间动力学方程.利用模糊系统的万能逼近特性对系统不确定部分进行逼近,并设计状态观测器在线估计系统关节运动的角速度信息.以关节角度和观测器获得的关节角速度作为系统状态反馈,在传统滑模控制方法基础上,进一步考虑系统惯性参数未知导致的建模误差,设计模糊滑模控制器,实现了双臂空间机器人系统关节角度的轨迹跟踪控制.数值仿真验证了所提控制方法的有效性.     

Research on algorithm of wheeled mobile robot's trajectory tracking control

为解决轮式移动机器人平面运动控制问题,将平面几何理论应用于轨迹跟踪控制中.建立了机器人平面运动模型,并以此为基础研究了直线和圆弧的轨迹跟踪控制算法;提出了导航圆方法,将机器人实时位置信息和目标轨迹之间的角度偏差及位置偏差综合成一个角度,然后对该角度进行了PID调节;在实验中,将直线、圆弧轨迹跟踪算法实际运用于机器人的运动控制.研究结果表明,该算法能将机器人轨迹的偏差有效地控制在±1 cm以内.     

基于模型预测控制的排爆机器人轨迹跟踪算法研究EI北大核心CSCD

排爆机器人在复杂、危险环境下代替人作业拥有非常重要的地位。排爆机器人对期望轨迹的跟踪是避免发生危险最重要的环节。基于模型预测控制算法提出了排爆机器人末端轨迹跟踪算法。给出了机械臂状态空间的离散模型,已知当前时刻位置状态和下一时刻位置输入状态,预测未来某时域内的输出状态;然后根据给定性能指标和约束条件,求解未来一段时域内的输入序列,对实际输出进行反馈校正;最后,采用实验仿真对比测试,验证了该算法的有效实时性,结果表明,基于模型预测控制的机器人末端轨迹跟踪算法具有良好的动态实时跟踪能力,实现了目标轨迹的有效跟踪。     

基于模型预测控制的排爆机器人轨迹跟踪算法研究

排爆机器人在复杂、危险环境下代替人作业拥有非常重要的地位。排爆机器人对期望轨迹的跟踪是避免发生危险最重要的环节。基于模型预测控制算法提出了排爆机器人末端轨迹跟踪算法。给出了机械臂状态空间的离散模型,已知当前时刻位置状态和下一时刻位置输入状态,预测未来某时域内的输出状态;然后根据给定性能指标和约束条件,求解未来一段时域内的输入序列,对实际输出进行反馈校正;最后,采用实验仿真对比测试,验证了该算法的有效实时性,结果表明,基于模型预测控制的机器人末端轨迹跟踪算法具有良好的动态实时跟踪能力,实现了目标轨迹的有效跟踪。     

多关节机器人反馈线性化双模糊滑模控制

为了提高多关节机器人轨迹跟踪控制性能,提出了一种反馈线性化双模糊滑模控制方法。该方法在对机器人非线性动力学模型反馈线性化的基础上,设计了一种双模糊滑模控制器。通过设计一个模糊控制器,根据跟踪误差和误差变化率自适应地调整滑模面的斜率,从而加快响应速度。通过设计另一个模糊控制器,根据滑模面自适应地调整滑模控制的切换控制部分,从而减弱抖振。利用李亚普诺夫定理证明了控制系统的稳定性。针对空间三关节机器人进行了仿真实验,结果表明了所提方法的有效性。     

一种并联机器人误差综合补偿方法

针对并联机器人轨迹规划和轨迹跟踪过程中,同时存在机构误差引起的期望轨迹与理想轨迹之间的偏差和非线性摩擦、负载变化等扰动因素引起的动态误差,提出一种并联机器人误差综合补偿方法:在轨迹规划过程中,基于并联机器人位姿误差模型将位姿误差补偿转化为驱动杆参数组合优化问题,进而利用粒子群算法寻优驱动杆参数,修正并联机器人期望轨迹;在轨迹跟踪过程中,设计基于自适应迭代学习控制算法的动态误差补偿策略,实现对期望轨迹的有效跟踪。在Stewart平台下基于ADAMS和Matlab进行仿真试验,在轨迹规划和轨迹跟踪过程中,分别修正期望轨迹偏差并补偿轨迹跟踪动态误差,实现并联机器人误差综合补偿。进一步,基于混联机床进行工件加工试验,验证方法对于提高并联机器人工作精度的有效性。     

基于视觉跟踪的机器人复杂轨迹模拟再现

机器人示教是实现机器人轨迹跟踪的一种重要方法,其工作原理决定了机器人作业的效率及复杂轨迹跟踪的精度。文章在传统示教方法基础上提出了一种基于视觉跟踪的机器人复杂轨迹模拟再现方法,通过应用双目立体视觉三维测量技术跟踪并记录机器人示教手柄完成的随机的复杂的操作轨迹,对轨迹数据进行坐标转换、运动学逆解,计算机器人各关节的期望旋转角度值,并驱动机器人运动,实现示教手柄的复杂操作的复现。该方法能够实现任意操作的实时示教再现,操作简单,工作效率高,与传统的示教方法相比显著地降低了工业机器人对专业操作人员的依赖程度,广泛地拓展了机器人的应用范围,具有极其重要的应用价值。     

基于Bezier曲线的全向移动机器人运动控制系统

在分析了全向移动机器人直线、自转、曲线运动的基础上,设计了基于Bezier曲线的运动控制方法,利用该控制方法使机器人能够根据实时反馈的位姿坐标实现对预定轨迹的跟踪,实际测试表明,该运动控制方法具有良好的稳定性和控制精度,可为迎宾机器人、导游机器人等的运动控制提供借鉴,具有良好的实用性。     

篮球投篮机器人运行轨迹跟踪方法研究

由于当前已有方法未能对运动目标进行检测，导致机器人运行轨迹跟踪结果不准确。基于此，提出一种篮球投篮机器人运行轨迹跟踪方法，分析篮球投篮机器人的基本运动特性，组建全向机器人运动学模型。对篮球的投篮特性进行分析，采用改进的帧差背景建模方法对运动目标进行检测。同时通过动力性和模型，加入滑膜控制算法，利用自适应模糊控制对滑膜增益值进行在线调整，最终实现篮球投篮机器人运行轨迹跟踪。仿真实验结果表明，所提方法可获取高精度的机器人运行轨迹跟踪结果。     

基于快速终端滑模的机器人轨迹跟踪避障方法

针对非完整轮式机器人有限时间精准轨迹跟踪避障问题,设计了一种基于全局快速终端滑模方法,兼具无抖振、收敛时间可调等优点的轨迹跟踪控制器。首先,在载体坐标系下建立轮式机器人运动学模型;其次,构造包含终端吸引子和指数收敛项的全局快速终端滑模轨迹跟踪控制器,通过Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制器能确保轨迹与航向角跟踪误差均能在有限时间内收敛于较小的零域范围内;最后,引入人工势场避障方法,实现了机器人严格跟踪参考轨迹的同时绕开障碍物。实验结果表明,该方法能实现在避障的同时对于给定参考轨迹的有限时间稳定跟踪控制。     

设施移动机器人超声导航最优控制

介绍了设施农业环境下超声导航移动机器人的差速转向原理和组成,建立了设施移动机器人的运动学模型及相应的状态方程,在此基础上运用二次型最优控制方法对设施移动机器人差速转向进行控制。仿真和实验结果表明,此方法具有良好的响应速度,控制性能良好。     

一种基于DSP的移动机器人嵌入式控制系统

介绍了移动机器人的控制系统硬件设计及其软件编制，并采用TI DSP TMS320LF2810作为主控制器，通过接收远程控制器或者上位机的控制命令来控制移动机器人运动。     

基于光学动作捕捉的室内移动机器人轨迹跟踪

以基于麦克纳姆轮的全向移动机器人为研究对象，首先对基于标记点的光学动作捕捉系统的定位原理进行研究，然后对移动机器人的驱动原理和位姿误差进行分析，建立运动学模型和位姿误差模型，通过反演法设计虚拟反馈，并结合李雅普诺夫函数构造出具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制器。接着对测试环境和试验样机进行搭建，将光学动作捕捉系统采集的位姿信息反馈到机器人的控制回路中，最后对直线和圆周轨迹进行跟踪仿真。通过在试验样机上实验验证，总结出利用光学动作捕捉系统对移动机器人采集的定位信息，可令移动机器人拥有良好的轨迹跟踪性能。     

Wall-following control of a two-wheeled mobile robot

Wall-following control problem for a mobile robot is to move it along a wall at a constant speed and keep a specified distance to the wall.This paper proposes wall-following controllers based on Lyapunov function candidate for a two-wheeled mobile robot (MR) to follow an unknown wall. The mobile robot is considered in terms of kinematic model in Cartesian coordinate system. Two wall-following feedback controllers are designed: full state feedback controller and observer-based controller. To design the former controller, the errors of distance and orientation of the mobile robot to the wall are defined, and the feedback controller based on Lyapunov function candidate is designed to guarantee that the errors converge to zero asymptotically. The latter controller is designed based on Busawon’s observer as only the distance error is measured. Additionally, the simulation and experimental results are included to illustrate the effectiveness of the proposed controllers.     

移动机械臂的输出跟踪控制

移动机械臂通常由移动机器人和装在移动机器人上的机械臂组成。它既具有移动机器人的可移动性又具有机械臂的操作灵活性,有极高的实际应用价值。本文针对由二轮驱动的移动平台和二连杆机械臂组成的移动机械臂的输出跟踪问题,利用滑模控制原理为其设计了动态滑模控制器。首先给出了移动机械臂的简化动态模型,然后通过微分同胚和输入变换将其分解为4个低阶子系统,并给出了其输出跟踪的动态滑模控制器的设计方法。仿真实验表明,所设计的动态滑模控制器不仅能很好地跟踪给定轨迹,而且能有效地削弱滑模控制系统的抖振。     

移动机器人遥操作中的力反馈控制

通过力反馈的实现提高对机器人的遥操作可靠性。控制端与机器人之间通过AdHoc架构的PeertoPeer无线网络实现从机器人到主控端的视频传输、传感器信息传输以及主控端到从机器人的控制信息的传输。详述了利用便宜的力反馈手柄控制机器人的力反馈控制策略     

无导轨球罐焊接机器人的轨迹预估控制

研究讨论了轮式爬壁焊接机器人轨迹跟踪的控制问题。研制的无导轨球罐焊接机器人采用二级跟踪模式，对车体的变速跟踪采用了积分分离的PID控制，对焊枪的轨迹跟踪采用了基于轨迹预估控制算法的PID控制，成功实现了焊接轨迹的高精度跟踪，满足了球罐焊接工艺的需求。     

一种足式移动机器人的混合视觉伺服控制方法

针对一种配有单目相机的足式移动机器人,提出一种基于图像单应性的混合视觉伺服方法,利用单应性矩阵中的元素构造状态变量估计估计机器人相对位姿,使机器人在缺乏深度信息的情况下可准确到达目标位姿。相较于轮式移动机器人,在足式机器人移动过程中,足式机构的间歇性运动直接影响机器人视觉反馈过程和伺服控制系统的准确性和稳定性。为解决这一问题,通过分析足式机构运动学并建立足式机器人移动速度与电机转速的映射关系,使控制器可以更准确地调整机器人运动速度。考虑到足式机构运动对视觉反馈环节的影响,提出一种改进型自适应中值滤波算法提高位姿估计精度。伺服环节设计了滑模控制器,并采用李雅普诺夫方法证明了控制系统的稳定性。最后,利用CoppeliaSim软件搭建足式移动机器人虚拟模型,通过仿真验证了所提出控制方案的可行性与有效性。     

考虑外部扰动的四轮移动机器人运动轨迹控制优化方法

控制机器人的运动轨迹，有助于提高四轮移动机器人工作的整体性能，提出考虑外部扰动的四轮移动机器人运动轨迹控制优化方法，利用人工势场法根据机器人运动特点规划其运动轨迹。考虑外部扰动和不确定性因素，结合低通滤波器和滑膜控制器设计运动轨迹控制器，实现四轮移动机器人运动轨迹的优化控制。实验结果表明，所提方法的轨迹控制效果好，距离误差小，稳定性高。