基于Backstepping时变反馈和PID控制的移动机器人实时轨迹跟踪控制

根据机器人的运动学模型，采用分层控制的思想将移动机器人的轨迹跟踪控制分为两部分：轨迹跟踪控制器和机器人速度PID控制器。基于Backstepping时变状态反馈方法和Lyapunov理论，引入具有双曲正切特性的虚拟反馈量，提出一种移动机器人全局轨迹跟踪算法：采用PID速度控制器以满足机器人驱动电机实时调速要求。考虑到机器人的动力学约束，引入受限策略以保证其运动平滑。在基于DSP的两轮驱动移动机器人上对算法进行了实时轨迹跟踪试验，取得了满意的控制效果。     

全方位移动机器人的运动预测控制

针对全方位移动机器人在应用中由于延时造成控制不精确的问题,提出在机器人的运动控制中引入广义预测控制法.在基于四轮全方位移动机器人运动模型建立预测模型与运动预测控制方程中,提出了通过合理减少预测模型中的输入变量,以及将多输入多输出线性模型分解为单输入单输出线性模型,来降低其控制难度.仿真和实际应用验证了该算法能够有效地消除全方位移动机器人实时控制中延时的影响.     

全方位移动机器人模糊自适应PID控制

针对全方位移动机器人,结合PID和模糊控制两者的优点,提出了一种模糊自适应PID(FAPID)的控制方法。对模糊自适应PID控制算法进行了理论分析,基于Matlab建立了全方位移动机器人的简化仿真模型。仿真研究表明,采用模糊自适应PID控制方法,系统的调节时间缩短,响应速度加快,抗干扰能力和适应参数变化的能力要优于常规的PID控制。     

基于终端滑模控制的移动机器人轨迹跟踪

针对移动机器人受到外部不规则扰动时易出现速度和位姿误差跳变的问题,提出了一种基于扰动观测器的动态终端滑模控制方法。结合运动学模型,利用李雅普诺夫法设计虚拟控制器,进一步设计非奇异动态终端滑模轨迹跟踪控制器。为减小外部扰动对系统的影响,设计非线性扰动观测器对控制器进行扰动补偿。最后,将本文所提方法与自适应滑模控制方法进行仿真比较。结果显示,在第15 s扰动发生阶跃变化时,自适应滑模控制方法的线速度和角速度分别发生1.4 m/s和1.24 rad/s的跳变,而本文所提方法速度跳变幅度小于自适应滑模控制方法的1/10。仿真结果表明,本文所提方法可有效地抑制扰动对系统的影响,减小移动机器人速度和位姿误差的跳变幅度。     

移动机器人轨迹跟踪和局部规划的优化模型

本文基于Ｌａｒｇｒａｎｇｅ乘子理论，氢移动机器人的轨迹跟踪和局部规划归结为约束条件下的最优问题，根据轨迹跟踪，到达目标的要求，提出了优化的目标函数。在一个坐标系中，将轨迹与各边的关系统一于一个等式之中，使约束条件的表示简单而清晰，给出了由运算放大器构成的电路实现。仿真结果表明，移动机器人可以同时跟踪期望轨迹并完成局部规划。     

轮式移动机器人全局轨迹跟踪控制

采用级联-反演方法进行轨迹跟踪控制器设计,将轨迹跟踪误差投影到轮式移动机器人的误差坐标系中,获得轨迹跟踪误差的动态模型。同时,将系统分解为位置跟踪和航向角跟踪两个级联系统,利用反演方法获得系统全局一致渐近稳定跟踪控制器,并基于级联系统理论证明了轨迹跟踪的全局一致渐近稳定性。仿真结果表明,初始跟踪误差很快收敛于零,轨迹跟踪效果良好,闭环系统具有良好的动态性能和全局稳定性,适用于轮式移动机器人的全局轨迹跟踪控制。     

输入受限下非完整轮式移动机器人迭代学习跟踪控制

为了解决输入受限下非完整轮式移动机器人的跟踪控制问题,考虑迭代学习控制方法,设计了一种迭代学习控制律,这里所设计的迭代学习控制律结合了系统的跟踪误差和约束下的上一代控制律.通过应用范数分析理论,对跟踪误差的收敛性进行了理论分析,验证了设计的控制律的有效性.最后,给出了一个仿真实例以证明理论分析结果的正确性,仿真结果表明...     

全方位移动平台模糊滑模轨迹跟踪控制

以麦克纳姆(Mecanum)轮型全方位移动平台为研究对象,建立了运动学和动力学模型。针对全方位轮的滑移和平台的重心偏移等非线性和不确定因素对运动的影响,通过多体动力学软件RecurDyn,构建了包含各种影响因素的虚拟样机模型。采用基于等效控制的模糊滑模控制器,通过模糊切换增益减轻了输出抖振。对比模糊滑模控制和PD控制的仿真结果,表明该方法具有良好的轨迹跟踪效果,为实际全方位移动平台的运动控制提供了有效的研究方法。     

一种电子凸轮轨迹跟踪控制方法

以电子凸轮为研究对象,提出一种轨迹跟踪控制方法。阐述了电子凸轮运动规律,在此基础上基于3次非均匀B样条曲线给出了一种凸轮曲线设计方法。为提高凸轮轨迹跟踪精度,设计了模糊滑模迭代控制器。迭代学习控制算法可用于实现目标轨迹的跟踪;模糊控制和滑模控制则可以提高电子凸轮的收敛速度与鲁棒性。滑模控制器处理轨迹偏差及其变化率;模糊控制器对滑模输出进行模糊化和解模糊化处理;通过实时控制调节迭代学习控制器的增量得到理想的轨迹跟踪效果。针对基于伺服电机的电子凸轮,控制系统给出了具体硬件架构。通过实验验证表明,模糊滑模迭代控制算法能够满足电子凸轮对轨迹跟踪精度与鲁棒性的要求,电子凸轮能够有效取代传统的机械凸轮机构。     

一种新的混合有源滤波器控制方法

针对混合有源滤波器HAPF的传统控制方法中存在的不足，提出了一种基于离散滑模控制算法的电流跟踪控制方法，避免了传统控制原理中系统滤波能力与稳定性之间的矛盾，不仅系统响应迅速，而且具有满意的控制精度，易于实现数字控制，仿真结果表明新的控制方法行之有效．     

Trajectory tracking control of mobile robot by time‐based spline approach

A mobile robot must move without unacceptable rapid motion. To address this issue, we propose a preview controller using the time‐based spline approach. With this approach, it is also important to plan an adequate trajectory. Here an approach to trajectory planning which has the trajectory determination strategy via a virtual manipulator is proposed. Numerical and experimental results are shown to confirm the proposed algorithm. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 151(4): 65–71, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10349     

Adaptive integral-type terminal sliding mode control: Application to trajectory tracking for mobile robot

This paper presents an Adaptive Terminal Integral Sliding Mode Control (ATISMC) scheme for trajectory tracking problems applied to a differential Wheeled Mobile Robot (WMR). First, a terminal integral sliding variable is designed. Based on the finite-time concept, an adaptive control law has been developed in which a switching gain is adjusted adaptively by using a novel strategy. This control method aims to deal with unknown bounded disturbances and uncertainties. Moreover, it allows fast convergence of the system states to an equilibrium point. The main features of the proposed ATISMC are its robustness, fast convergence rate, and chattering avoidance. To realize trajectory tracking for WMR, the ATISMC is incorporated into a double closed loop scheme. Stability analysis is performed using the Lyapunov stability theory. Numerical simulations and real-time experiments demonstrate the feasibility of the proposed controller scheme. A comparison study with the classical ISMC was performed to show the superiority of the developed method.     

机器人的鲁棒自适应分散跟踪控制

提供了一种鲁棒自适应控制策略,用于不确定性机器人的发迹跟踪,该控制器由一个ＰＤ线性反馈、一个立方项偿和非线性项构成。控制律采用分散形式,通过对二自由度机器人的仿真,证明该方法能使跟踪误差快速趋近于零。     

Detection of moving object by mobile stereo omnidirectional system (SOS)

Moving object detection with a mobile image sensor is an important task in robotics and computer vision, when considering the practical use of robotics in human environments. In this paper, we propose a robust method that detects moving objects in the environment using the omnidirectional depth information obtained by a mobile Stereo Omnidirectional System (SOS). In order to detect only the moving objects within the depth image that are obtained by a sensor in motion, we first estimate the ego‐motion of the sensor, and generate a predicted depth image for the current time from the depth obtained at the previous time by only considering the ego‐motion of the sensor. Then the predicted depth image is compared with the actual one obtained at the current time, and the inconsistent regions are detected as moving objects. When the sensor moves, occlusions will occur in the scene and they will cause false detections. However, these false detections can be suppressed by estimating the occlusion regions using the ego‐motion parameters of the sensor and the jump edges in the depth image. The effectiveness of the method is shown with experimental results for a real environment. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 152(3): 29–38, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience. wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20155     

DLR/HIT II灵巧手控制系统及基关节同步控制

针对多传感器、多自由度机器人灵巧手,开发了基于DSP＆FPGA的多层控制系统.将手指驱动控制系统和传感器系统集成在手指内部,使得与人手尺寸和活动性相似的DLR/HIT II五指机器人灵巧手得以实现.对于手指基关节差分齿轮的运动协调问题,设计了包含速度和加速度前馈项、同步误差和位置误差反馈项以及平滑鲁棒非线性反馈补偿项的交叉耦合同步控制器,该控制器不需要精确的动力学模型.经与传统的非同步控制PD加摩擦力补偿控制和轨迹跟踪控制对比,实验验证了所设计的控制系统及交叉耦合同步控制器的有效性.     

模型不确定的下肢康复机器人轨迹跟踪自适应控制

为了实现康复训练过程中高精度的轨迹跟踪控制,针对下肢康复机器人的模型参数和外界干扰等不确定性因素对其轨迹跟踪造成严重影响,提出一种模型不确定的下肢康复机器人轨迹跟踪自适应控制方法。根据所提方案,设计了相应的轨迹跟踪自适应控制器;并进行了轨迹跟踪控制仿真实验对比分析,结果表明,计算力矩控制方法在系统模型不确定时,膝关节的最大角度跟踪误差高达11.3°,髋关节最大稳态误差4.6°;而轨迹跟踪自适应控制方法在模型不确定的情况下,髋关节和膝关节的角度跟踪稳态误差均收敛于零;轨迹跟踪自适应控制方法可以显著提高下肢康复机器人轨迹跟踪的精度。     

基于自适应模糊滑模控制的机器人轨迹跟踪算法

针对控制参数的不确定性以及存在未知外部扰动情况下移动机器人的轨迹跟踪问题,提出一种基于光滑非线性饱和函数的自适应模糊滑模轨迹跟踪控制算法。通过建立不确定非线性移动机器人运动控制模型,利用自适应模糊逻辑系统构建自适应模糊滑模控制器。为了增强轨迹跟踪控制算法对随机不确定外部扰动适应能力的同时削弱滑模控制算法中的输入抖振现象,利用有界输入有界输出(BIBO)稳定的方法,通过带有自适应调节算法的模糊系统对滑模控制律中非线性函数项进行自适应逼近,并设计了模糊系统中可调参数的自适应控制律,保证了控制系统的稳定与收敛。实验结果表明,所设计的控制器对系统参数不确定性和外界扰动均具有较强的轨迹跟踪性能和鲁棒性。与传统的滑模控制算法相比,该算法不仅能有效减小输入抖振而且轨迹跟踪控制精度提高了18.89%。     

Electroencephalogram‐based control of a mobile robot

This paper presents electroencephalogram‐based control of a mobile robot. The purpose of control is to achieve direction control of a mobile robot only by electroencephalogram. We develop an algorithm for directing direction thinking (“going left” or “going right”) and apply it to direction control of a mobile robot. The algorithm is based on time–frequency domain analysis using continuous wavelet transformation. Our experimental results demonstrate the possibility of achieving direction control of a mobile robot only by electroencephalogram. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 152(3): 39–46, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20109