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机床与液压 2022年第3期50卷 1-9页

作者：简傲闵华松黄文晖武汉科技大学机器人与智能系统研究院湖北武汉430081

传统里程计校正方法常使用离线校正手段,在地面环境发生改变的情况下,校正效果较差。为解决上述问题,提高机器人定位精度,以三轮全向移动机器人为平台,提出一种结构简单、鲁棒性强的在线里程计校正方法。该方法通过扩展卡尔曼滤波算法... 详细信息

传统里程计校正方法常使用离线校正手段,在地面环境发生改变的情况下,校正效果较差。为解决上述问题,提高机器人定位精度,以三轮全向移动机器人为平台,提出一种结构简单、鲁棒性强的在线里程计校正方法。该方法通过扩展卡尔曼滤波算法处理传感器数据,以得到机器人的实时位姿信息和速度信息,结合三轮全向移动平台的动力学模型,及时修正里程误差。在V-REP中设计仿真实验,实验结果表明:采用所提方法,校正后的里程精度有了极大改善,并克服了离线校正方法受地面环境影响的问题。在已有实际平台上验证了该算法的有效性。

关键词：三轮全向移动机器人在线里程计校正扩展卡尔曼滤波动力学模型

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三轮全向移动机器人设计与里程计校正方法研究

三轮全向移动机器人设计与里程计校正方法研究

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作者：简傲武汉科技大学

学位级别：硕士

随着计算机技术和人工智能的发展,移动机器人广泛应用于多种领域,可以有效的帮助人们完成各类工作。本文围绕移动机器人的运动控制和里程计校正方法展开研究,搭建了三轮全向移动机器人（Three-Wheeled Omnidirectional Mobile Robot,TW... 详细信息

随着计算机技术和人工智能的发展,移动机器人广泛应用于多种领域,可以有效的帮助人们完成各类工作。本文围绕移动机器人的运动控制和里程计校正方法展开研究,搭建了三轮全向移动机器人（Three-Wheeled Omnidirectional Mobile Robot,TWOMR）,并开发了相应的软硬件系统,基于模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）理论,设计了一种适用于TWOMR的轨迹跟踪控制器,并以此为基础提出了一种基于扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter,EKF）的里程计校正方法来提高TWOMR的里程精度。本文工作如下:1、从结构稳定,成本低廉,便于改装的角度出发,设计了三轮全向移动底盘的整体架构。以机器人操作系统（Robot Operating System,ROS）为基础,设计了底盘系统的管理节点,完成了上位机与底盘控制器之间的信息交互,能够有效的完成控制命令的发布和传感器信息的采集等任务。2、推导了三轮全向移动机器人运动学模型。针对传统的轨迹跟踪方法存在的不足,为TWOMR设计了一种基于MPC的轨迹跟踪控制器,在Matlab下搭建仿真模型,进行多种轨迹跟踪实验,验证了所设计控制器控制律的可行性。3、分析了移动机器人的里程误差来源,结合所设计的MPC轨迹跟踪控制器,为TWOMR设计了一种基于扩展卡尔曼滤波的里程计校正方法,并与传统里程计校正方法进行了对比分析,仿真和实物实验符合预期,验证了算法的有效性。

关键词：三轮全向移动机器人模型预测控制扩展卡尔曼滤波里程计

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室内移动机器人路径跟踪控制方法研究

室内移动机器人路径跟踪控制方法研究

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作者：杨露广西科技大学

学位级别：硕士

全向轮式移动机器人因自重较轻、承载能力大、结构简单、驱动控制相对方便和朝任意方向移动等优点,被广泛应用到工业生产、服务和人们的日常生活中。例如自助服务的送餐机器人、物流配送的分拣机器人、家庭生活的扫地机器人,它们普遍采... 详细信息

全向轮式移动机器人因自重较轻、承载能力大、结构简单、驱动控制相对方便和朝任意方向移动等优点,被广泛应用到工业生产、服务和人们的日常生活中。例如自助服务的送餐机器人、物流配送的分拣机器人、家庭生活的扫地机器人,它们普遍采用轮式移动底盘,可以在室内环境下实现特定的任务,降低了人工成本,提高了人们的生活水平。在一些复杂作业及危险的工作环境中,轮式移动机器人所体现出来的作用更是无可替代的,因此轮式移动机器人具有很好的学术研究意义和现实应用价值。论文以三轮全向移动机器人为研究对象,主要研究移动机器人的室内路径跟踪控制问题。由于参数扰动和外界干扰等结构性和非结构性因素会影响三轮全向移动机器人的运动性能,会出现移动机器人路径跟踪运动控制精度低,跟踪误差大和跟踪时间长等问题。为解决这些问题,使移动机器人精确地跟踪设定路径和规划路径,本文开展了室内移动机器人路径跟踪控制方法的研究。在分析,借鉴国内外已有的类似文献和研究基础上,作出如下研究:(1)概述了移动机器人和路径跟踪控制方法的国内外研究状况,对当前已有的移动机器人结构和控制方法比较分析,突出了本文研究对象和研究算法的特点。介绍三轮全向移动机器人系统的结构,描述机器人系统常用的两种坐标系和坐标变换,通过运动学分析,阐述了三轮全向移动机器人的运动学和位姿误差模型。(2)通过分析三轮全向移动机器人的运动特性及数学模型,选择基于三轮全向移动机器人系统运动学模型的控制方案,描述了路径跟踪控制系统。初步探讨了A*路径规划算法,利用A*算法进行移动机器人路径规划仿真实验,规划出两条无碰撞最优路径,并把该路径作为参考路径。(3)对室内移动机器人滑模路径跟踪控制算法进行研究,在指数滑模变结构控制方法(ESMC)路径跟踪控制仿真研究的基础上,为有效解决指数趋近律中趋近系数和趋近速率不易调整,趋近速率过大会导致抖振以及指数趋近速度不足的问题,提出一种改进型趋近律的滑模变控制算法(ISMC),用组合函数替换指数趋近律的趋近速率,利用改进趋近律设计滑模控制器,使得控制器输出量相对稳定,并选取合适的Lyapunov函数,证明了此控制方法的稳定性。再对三轮全向移动机器人进行仿真,分析不同路径下路径跟踪的结果,并在相同条件下与指数控制器的仿真结果比较,跟踪误差变小,控制效果改善。(4)在真实室内环境下,利用搭建的三轮全向移动机器人系统将改进的滑模跟踪控制律应用到移动机器人平台上进行跟踪椭圆和实际路径实验。结果表明,在18s内跟踪误差逐渐收敛为0,最大跟踪误差小于50mm,有效减弱滑模固有的抖振问题,更好地实现了移动机器人的路径跟踪控制,验证了改进滑模控制器的有效性和可行性。

关键词：三轮全向移动机器人路径跟踪趋近律滑模控制

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