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基于改进QPSO的两轮移动机器人区间二型模糊逻辑控制

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控制与决策 2019年第2期34卷 261-268页

作者：佃松宜梁伟博赵涛四川大学电气信息学院成都610065

以两轮移动机器人(TWMR)为对象,针对机器人的非线性模型分别设计控制机器人平衡和位置的区间二型模糊逻辑控制器(IT2 FLC).针对区间二型模糊规则中参数难以设定的问题,通过改进的量子粒子群算法(LTQPSO)优化区间二型模糊集参数,并给出... 详细信息

以两轮移动机器人(TWMR)为对象,针对机器人的非线性模型分别设计控制机器人平衡和位置的区间二型模糊逻辑控制器(IT2 FLC).针对区间二型模糊规则中参数难以设定的问题,通过改进的量子粒子群算法(LTQPSO)优化区间二型模糊集参数,并给出优化算法的流程图.针对区间二型模糊逻辑控制器和一型模糊逻辑控制器(T1 FLC)对平衡和位置的控制效果进行对比.进一步考虑质量不确定和位置扰动对两种控制器控制效果的影响.仿真结果表明, IT2 FLC可以有效地达到设定的控制目标,与T1 FLC相比, IT2 FLC拥有更好的处理不确定性的能力以及更强的抗扰动能力.

关键词：区间二型模糊逻辑模糊集不确定性量子粒子群优化两轮移动机器人

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多模式两轮移动机器人的设计与运动分析

机械工程学报 2019年第23期55卷 83-92页

作者：何妍颖李晔卓武建昫刘兴杰姚燕安北京交通大学机械与电子控制工程学院

提出一种具有可变形车身的多模式两轮移动机器人。以平面6R单环闭链连杆机构为车身,通过控制其变形运动,使机器人具有折展模式和三种移动模式。在折展模式下,折叠状态时用于储运和携带,展开状态时启动工作模式。在两轮移动模式下,车身... 详细信息

提出一种具有可变形车身的多模式两轮移动机器人。以平面6R单环闭链连杆机构为车身,通过控制其变形运动,使机器人具有折展模式和三种移动模式。在折展模式下,折叠状态时用于储运和携带,展开状态时启动工作模式。在两轮移动模式下,车身变形形成车尾支撑实现稳定移动,通过调整轮距和车尾长度以增强其地面适应性。在攀爬越障模式下,通过车身变形至类爪状以增强对障碍物的攀附作用,实现台阶越障。在类履滚动模式下,通过杆件在地面交替铺展支撑以增加与地面接触面,实现在不平整或松软路面上的滚动。对所设计构型进行自由度分析和驱动配置。建立运动学模型,分析机器人运动参数并对其进行步态规划。建立动力学仿真模型,验证预设步态合理性。研制一台样机,对其折展模式和三种移动模式进行可行性验证。

关键词：多模式两轮移动机器人变形机构多地形适应能力

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多模式两轮移动机器人的设计与研究

多模式两轮移动机器人的设计与研究

作者：何姘颖北京交通大学

学位级别：硕士

为实现小型特种地面移动机器人的遥控、自主或半自主执行任务,要求其具有便于携带或配置的小体积小质量,在复杂地形环境下的强大越障能力以及在多样工作空间中的灵活变形能力。现有小型地面移动机器人因越障能力受到机构设计尺寸限制,... 详细信息

为实现小型特种地面移动机器人的遥控、自主或半自主执行任务,要求其具有便于携带或配置的小体积小质量,在复杂地形环境下的强大越障能力以及在多样工作空间中的灵活变形能力。现有小型地面移动机器人因越障能力受到机构设计尺寸限制,很难同时满足这三点设计需求。本文结合小型机器人高越障技术与整体变形机构思想,设计出一种具有可变形车身的新型多模式两轮地面移动机器人,并对其各运动模式进行分析研究。首先提出多模式两轮移动机器人设计概念,基于平面6R单环闭链连杆机构对机器人进行可变形车身设计,通过控制车身变形,可获得四种功能模式(折展模式、两轮移动模式、类履滚动模式和攀爬越障模式)的集成与切换。折展模式下,机器人通过折叠变形实现体积缩小以便储存、运输和携带,通过展开变形可开启移动与工作;两轮移动模式下,通过车身变形实现车身与车尾的结构集成,并可调整轮距和车尾长度以改变转弯半径和车身宽度,增加机器人地面适应性;类履滚动模式下,杆件在地面交替铺展支撑实现类履滚动,适用于不平整或松软路面,可作为主移动模式失灵情况下的备用移动模式;攀爬越障模式下,6R连杆车身可变形至凹多边形状对障碍物进行攀附,实现高台与连续楼梯越障。建立多模式两轮移动机器人的统一运动学模型,对两轮移动模式、类履滚动模式和攀爬越障模式运动过程进行运动学和动力学分析。针对攀爬越障过程设计出凹多边形越障步态,对关键步态进行运动学和力学分析以得到运动和机构尺寸约束条件。通过Adams软件对虚拟样机进行动力学仿真,对理论分析模型进行校验,得到该移动机器人在设计约束下的最大爬坡角度和最大越障高度,以及机器人为实现爬连续楼梯需要满足的尺寸条件。最后,根据分析结果设计加工原理样机,对机器人所有功能模式进行实验验证,得到符合理论分析的实验结果。本论文提出一种全新的综合了多种应用模式的小型地面移动机器人,结构简单轻便且具有多地形适应能力和折叠变形能力,通过对其进行理论建模计算、仿真模型分析和样机实验,验证了机器人结构设计的可行性和分析方法的正确有效性,为提高小型地面移动机器人移动能力提供了新的研究思路和分析方法。

关键词：多模式移动机构两轮移动机器人变形机构越障分析

基于backstepping方法的两轮移动机器人轨迹跟踪控制

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天津理工大学学报 2021年第3期37卷 1-7页

作者：陈滢陈炜杨贺贺孙玉超吴航天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津300384 天津理工大学中环信息学院天津300380 军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所天津300161

主要利用backstepping方法实现对两轮移动机器人基于动力学模型的控制系统设计与轨迹跟踪。首先,利用牛顿-欧拉公式对两轮移动机器人进行动力学建模;其次对两轮移动机器人的动力学模型进行解耦;最后,利用backstepping方法完成了对移动... 详细信息

主要利用backstepping方法实现对两轮移动机器人基于动力学模型的控制系统设计与轨迹跟踪。首先,利用牛顿-欧拉公式对两轮移动机器人进行动力学建模;其次对两轮移动机器人的动力学模型进行解耦;最后,利用backstepping方法完成了对移动机器人的轨迹跟踪控制。数值仿真验证了backstepping控制方法的有效性,以及该方法应用于两轮移动机器人轨迹控制的可行性。

关键词：两轮移动机器人动力学轨迹跟踪 backstepping方法

基于终端滑模控制的两轮移动机器人自平衡实现方法研究

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制造业自动化 2015年第13期37卷 16-18,30页

作者：王利清包头铁道职业技术学院包头014040

针对两轮移动机器人动力学模型的多变量、强耦合、非线性等特点以及控制性能不稳定等问题,论述了两轮移动机器人的简化模型并基于拉格朗日运动方程建立了两轮移动机器人的动力学模型。在此基础上,基于滑模控制理论提出了一种两轮移动机... 详细信息

针对两轮移动机器人动力学模型的多变量、强耦合、非线性等特点以及控制性能不稳定等问题,论述了两轮移动机器人的简化模型并基于拉格朗日运动方程建立了两轮移动机器人的动力学模型。在此基础上,基于滑模控制理论提出了一种两轮移动机器人自平衡实现方法,同时设计了终端滑模控制器并进行了稳定性分析。最后,根据所述自平衡实现方法进行了仿真实验,仿真结果表明:终端滑模控制器具有较好的控制效果,而且具有较快的收敛速度,可以实现两轮移动机器人的自平衡控制。

关键词：两轮移动机器人终端滑模控制自平衡控制拉格朗日运动方程

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一种自平衡两轮移动机器人的设计实现

科技传播 2010年第14期2卷 246-247页

作者：张琦胡天链西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010

本文基于仿人智能控制研究了有关自平衡两轮移动机器人运动控制问题,通过分析自平衡两轮移动机器人的运动特性,设计了基于动觉智能图式仿人智能控制的控制器,并在嵌入式RT-Linux操作系统下实现了机器人软件设计。本文还应用Matlab/Simu2... 详细信息

本文基于仿人智能控制研究了有关自平衡两轮移动机器人运动控制问题,通过分析自平衡两轮移动机器人的运动特性,设计了基于动觉智能图式仿人智能控制的控制器,并在嵌入式RT-Linux操作系统下实现了机器人软件设计。本文还应用Matlab/Simu2link仿真软件进行了机器人的仿真实验,并得到了较好的实验结果。

关键词：两轮移动机器人仿人智能控制动觉智能图式 ARM9 RT-Linux

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两轮移动机器人平衡控制系统的研发

两轮移动机器人平衡控制系统的研发

作者：王振宇西南交通大学

学位级别：硕士

两轮移动机器人是轮式机器人的一个分支。由于其体积小,运动灵活等优点,在多个领域有重要的用途;同时由于它具有非线性,多变量耦合,欠驱动等特点,因而成为各种高级控制算法的理想验证平台,对它的研究有着重要的学术价值。本文旨在... 详细信息

两轮移动机器人是轮式机器人的一个分支。由于其体积小,运动灵活等优点,在多个领域有重要的用途;同时由于它具有非线性,多变量耦合,欠驱动等特点,因而成为各种高级控制算法的理想验证平台,对它的研究有着重要的学术价值。本文旨在设计开发完整的两轮移动机器人的实验平台,为两轮移动机器人的应用和研究提供实验系统。本文主要的工作内容包含如下：（1）对两轮移动机器人进行运动学和动力学分析,为总体设计提供了理论依据。（2）在硬件系统设计中基于快速原型思想,以DSP芯片为控制核心,设计完成了控制电路和直流电机驱动电路。本文设计的硬件系统接口丰富,扩展性强,同时支持MATLAB/Simulink环境下的快速开发调试。（3）在软件系统设计中采用了卡尔曼滤波原理和LQR控制原理,实现了传感器噪声信号的过滤和对机器人平衡运动的控制。（4）针对目前DSP的算法开发主要依赖手工编写C代码,不但工作量大,而且程序的下载依赖于专门的昂贵的仿真器的问题,本文提出并实现了基于MATLAB/Simulink环境的DSP算法开发,并利用串口通信实现程序下载的综合方案。该方案能很好地利用MATLAB现有的功能模块,通过图形化编程实现对硬件的控制和控制算法设计,大大降低了DSP的算法开发难度,利用RTW技术,可将算法模型自动生成C代码,提高了设计开发的效率。利用串口通信下载调试程序,方便有效,节约了系统开发的成本。（5）最后在两轮移动机器人系统上完成直流电机的闭环控制和两轮移动机器人的平衡控制实验。实验结果表明,本文设计的两轮移动机器人取得较理想的平衡控制效果,从而验证了两轮移动机器人系统设计的合理性和可靠性。

关键词：两轮移动机器人平衡控制 LQR控制算法倾角

车身可变形两轮移动机构的设计与移动性能研究

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车身可变形两轮移动机构的设计与移动性能研究

作者：田舒北京交通大学

学位级别：硕士

随着城市战争、地震火灾等事件的频繁发生,人们对小型特种机器人的应用需求越来越多,要求其具有可便携性、小体积、轻质量的同时还能够有高越障性能,能够应对各种复杂的地形环境。现有的小型轮式移动机器人因其具有轮式快速移动能力仍... 详细信息

随着城市战争、地震火灾等事件的频繁发生,人们对小型特种机器人的应用需求越来越多,要求其具有可便携性、小体积、轻质量的同时还能够有高越障性能,能够应对各种复杂的地形环境。现有的小型轮式移动机器人因其具有轮式快速移动能力仍被人们作为首选研究对象,但其很难在尺寸、重量、系统复杂性、速度、机动敏捷性和高越障性之间进行权衡。本文选取整体闭链移动连杆机构作为高效越障机构,提出一款新型的基于可变形车身的两轮移动机器人,并对其进行设计与研究。首先针对实验室课题组已研制的6R样机中存在的问题,结合降自由度技术,选取双平行四边形构型作为可变形车身,基于多模式集成技术,对机器人进行整体构型设计和功能模式设计,每种功能模式均有其合适的应用环境。折叠模式下机器人可便于操作人员携带与储存运输;平地滚动模式可应用于松软土地等轮式无法高效移动的环境;轮式模式下机器人部分车身充当车尾,通过车身变形调整自身宽度和车尾长度,以适应不同地形环境;攀爬越障模式下,机器人通过车身变形实现垂直障碍物的攀爬。针对车身可变形两轮移动机器人的平地滚动模式下的关键步态建立运动学和动力学模型,分析满足该运动的机器人几何尺寸条件以及机器人所需的舵机扭矩;规划攀爬步态并对其关键步态进行运动学分析,获得其满足该运动的机器人尺寸条件;对轮式模式进行运动学和动力学分析,获得机器人变形车身对其运动和电机扭矩的影响。利用Adams软件对其进行动力学仿真,验证其不同模式运动的可行性。最终设计加工工程样机进行实验,验证其设计的正确性和合理性。

关键词：两轮移动机器人变形车身多模式集成高越障技术

基于两轮机器人运动模型的KaIman滤波视觉导航

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机电一体化 2010年第6期16卷 32-36,72页

作者：杨昀谈士力蔡征宇上海大学机电工程与自动化学院精密机械工程系上海200072

在视觉算法对目标物识别的基础上,对两轮移动机器人运动模型进行分析,提出将其作为扩展卡尔曼滤波的系统状态方程,并应用到视觉导航系统中。仿真实验及实际测试表明,方法能较好地对两轮移动机器人的运动实现预测和估计,减轻环境干扰影... 详细信息

在视觉算法对目标物识别的基础上,对两轮移动机器人运动模型进行分析,提出将其作为扩展卡尔曼滤波的系统状态方程,并应用到视觉导航系统中。仿真实验及实际测试表明,方法能较好地对两轮移动机器人的运动实现预测和估计,减轻环境干扰影响、降低处理计算最并提高系统实时性,满足了机器人在复杂环境下视觉导航的要求。

关键词：两轮移动机器人扩展Kalman滤波视觉导航