移动机器人自主返航控制系统设计与实验

针对遥控移动机器人在通信信号中断后,无法对其进行控制的问题,设计了移动机器人自主返航控制系统,实现信号中断后移动机器人按原路径自主返航直至恢复控制信号或返回初始位置。提出了基于控制意图融合里程计和光纤陀螺仪的定位算法,对移动机器人运动学模型的结构参数进行了校正,大幅度提高了移动机器人定位精度;基于嵌入式Linux平台设计了返航控制软件系统,在信号正常的情况下,启动遥控模式,遥控机器人移动并记录路径坐标点,信号中断则开启返航模式,采用线性控制率和PID控制率实现对移动机器人路径跟踪控制。基于实际应用环境开展自主返航实验验证,实验结果表明该控制系统能够在通信信号中断后以较高的精度控制移动机器人实现自主返航。该系统能够解决移动机器人在应用中的实际问题,且代码可移植性高、通用性强。     

电传飞行控制系统信号补偿技术

针对履带式移动机器人的轨迹跟踪控制问题进行研究,首先,建立了履带式移动机器人的运动学模型和跟踪误差模型;其次,设计了转速有限时间控制和线速度滑模控制的轨迹跟踪控制律,并给出了考虑运动受限作用下的控制律修正表达式;最后,基于MATLAB对所提控制律进行仿真,对比分析了不考虑运动受限情况下跟踪控制效果。结果表明,设计的跟踪控制律能够实现履带式移动机器人对圆轨迹的有效跟踪,且考虑运动受限作用的控制律更加符合实际。文章研究分析了运动受限作用对于移动机器人轨迹跟踪控制的影响,分析结果对其他移动机器人的运动控制研究具有参考价值。     

考虑运动受限的履带式移动机器人轨迹跟踪控制

针对履带式移动机器人的轨迹跟踪控制问题进行研究,首先,建立了履带式移动机器人的运动学模型和跟踪误差模型；其次,设计了转速有限时间控制和线速度滑模控制的轨迹跟踪控制律,并给出了考虑运动受限作用下的控制律修正表达式；最后,基于MATLAB对所提控制律进行仿真,对比分析了不考虑运动受限情况下跟踪控制效果;结果表明,设计的跟踪控制律能够实现履带式移动机器人对圆轨迹的有效跟踪,且考虑运动受限作用的控制律更加符合实际;文章研究分析了运动受限作用对于移动机器人轨迹跟踪控制的影响,分析结果对其他移动机器人的运动控制研究具有参考价值。     

轮式机器人轨迹跟踪控制系统的设计

针对轮式机器人轨迹跟踪控制系统误差收敛速率低、精度和实时性差的问题,采用反演控制算法并结合李雅普诺夫稳定性分析方法对轮式机器人的轨迹跟踪系统进行了优化设计。建立了轮式机器人轨迹跟踪控制系统的运动学模型,并对该模型进行位置偏差分析;在反演控制算法中引入了分部虚拟控制量,并分析和设计了其他间接受控量,提高了算法运行的效率;采用李雅普诺夫收敛定理对系统的收敛性进行分析,根据分析的结果提出了算法更加简单的控制律。利用Matlab软件的Simulink库对设计的轨迹跟踪控制系统试验研究。结果表明,与基于李雅普诺夫直接法或者迭代学习算法设计的轮式机器人轨迹跟踪控制系统相比较,设计的控制系统具有跟踪精度高、收敛速度快、实时性好的优点。     

多移动机器人轨迹跟踪控制系统设计与实现

针对轮式移动机器人的轨迹跟踪控制问题,在分析了机器人运动学模型的基础上,构建多机器人的领航-追随模型。采用跟踪微分器在输入输出两端安排过渡过程,设计了一种基于多变量解耦的非线性PID轨迹跟踪控制器。搭建以Arduino Mega 1280控制板为核心的移动机器人实验平台,采用速度PID控制器以满足机器人驱动电机的实时调速要求,基于ROS提出一种结构化和模块化的多机器人控制系统。在此基础上进行实验,并将实验结果与传统PID方法控制的实验结果进行对比。实验结果验证了本文所提算法的有效性,控制器易于实现且具有一定的鲁棒性。     

基于预测控制的非连续路段下移动机器人的轨迹跟踪

针对非连续路段下的轨迹跟踪问题,设计了基于观测型的预测控制器。首先建立了移动机器人的运动学模型,根据机器人的运动学模型得出了其位姿误差微分方程;然后在轨迹跟踪问题的基础上,设计了系统的观测模型,通过将预测控制器与系统的观测模型结合,设计了观测型预测控制器;最后再MATLAB环境下,利用本文所设计的控制器对移动机器人在非连续路段下的轨迹跟踪问题进行仿真,并将仿真结果与PID控制器控制的仿真结果进行对比,由仿真结果可以看出,本文所设计的控制器具有很好的鲁棒性、快速性及稳定性,可适用于移动机器人的轨迹跟踪的研究。     

基于滑模控制的室内移动机器人路径跟踪

为解决室内环境下移动机器人的路径跟踪问题,建立了移动机器人的数学模型,并构造一种新型滑模控制趋近律。采用该趋近律设计滑模控制律,并利用李雅普诺夫定理证明了系统稳定性。采用所设计的滑模控制器对室内移动机器人进行路径跟踪实验,仿真结果验证了该方法的有效性。     

室内环境中脑控轮椅的路径跟踪控制

为了实现室内环境中脑控轮椅的自主导航,提出了一种简单有效的路径跟踪控制方法。给定的路径通常被表示为一系列离散点,根据这一特点,提出了分段直线路径跟踪方法,即依次跟踪由前后两个路径点构成的直线路径到达目标点。基于预瞄点技术并结合模糊算法和传统的PID控制方法设计控制器,完成各分段直线路径的跟踪,并给出了有效的切换条件。实验结果表明,本文提出的路径跟踪控制方法能够使脑控轮椅在室内环境中精确地跟踪给定路径。     

基于移动机器人的室内火灾预警点探测与定位的方法研究

火灾探测技术已成为对火灾进行预防的重要手段之一,目前常用的固定式火灾探测装置不能自主的探测和定位到火警点,对火灾发生初期的预防和灭火有一定的局限性。论文针对该问题,在分析火灾探测技术的基础上,提出一种多位姿仿人鼻的火灾探测装置,并制备出样机,同时尝试将其与可移动机器人结合来实现对室内火警点的探测和定位。基于不同的烟雾情况制定出不同的探测准则,根据该准则进行路径轨迹仿真,经过仿真结果可以看到移动机器人最终定位到火警点的位置。可移动的火灾探测装置在探测和定位到火警点的过程中,若所在空间中由拐角或家具死角导致烟雾扩散有聚集死角的情况存在,会对探测和定位过程造成很大的影响,仿真实验中的移动机器人在探测和定位火警点中的轨迹可以看出死角的存在虽然影响了对火警点的探测,但最终还是能够探测和定位到火警点,其路径轨迹表现出很好的一致性和连续性。     

基于激光定位的变电站智能巡检机器人导航系统设计

导航和定位是变电站智能巡检机器人完全自主运行的关键,针对巡检机器人现有导航定位方式的不足,将激光定位技术应用于巡检机器人导航,设计了巡检机器人激光导航系统,详细介绍了系统的软硬件结构及实现方法,并在室外环境下对导航系统进行了实验测试;实验结果表明,巡检机器人运行平稳,具有较高的导航控制精度;实验中机器人的运行轨迹重合度较好,直线运行时运动轨迹与路径横向垂直偏差在±15mm以内,航向偏差可控制在±1.5°左右。     

基于无杆牵引车的舰载机路径跟踪控制

针对航母机库空间狭小、障碍物多等因素导致舰载机转运难度大的问题,以无杆牵引车和舰载机组成的铰接系统为研究对象,研究了舰载机在机库甲板调运作业的路径自动跟踪问题,建立了基于无杆牵引车的舰载机转运模型,将舰载机期望路径近似为直线和圆弧的组合,基于反馈线性化和时间-状态形式设计各路段的跟踪控制律,仿真结果表明,所设计的控制律和各控制律间的切换策略可实现舰载机沿组合路径的跟踪;基于自动跟踪的调运,可放宽对牵引车司机牵引技术的要求,确保调运作业时间准确、可控;该研究为后续自动跟踪的实现打下基础。     

模糊PID控制下移动机器人定位方法研究

机器人定位研究一直是机器人学研究的重点,但目前机器人定位方法都存在缺点,抗干扰能力差,不能做到准确定位,主要是由于环境等多方面因素的干扰,定位误差会逐渐加大。由于上述原因,提出了一种基于设定值加权模糊PID控制的移动机器人自定位方法。给出了定位过程的参数,为机器人移动建立模型,设计一种模糊 PID 控制器,根据误差及变化率大小,选择模糊定位或PID定位,实现移动机器人的智能定位,提高机器人定位准确的准确性。通过仿真实验结果证明：模糊PID控制的机器人自定位方法对移动机器人的定位过程有较好的改善作用,实用效果较好。     

SCARA机器人的模糊自适应滑模控制

为了提高SCARA机器人的轨迹跟踪控制性能,提出一种双模糊自适应滑模控制。采用一自适应模糊控制器,根据滑模到达条件对滑模切换增益进行估算,消除滑模控制中输出力矩的抖振现象,增强其对不确定性因素的适应能力。采用另一自适应模糊控制器对指数趋近律系数进行修正,改善由于大范围初始位姿产生的偏差而引起的大力矩和速度跳变问题。基于Lyapunov方法进行了稳定性证明,保证控制系统的稳定性与收敛性。仿真实验结果表明,该方法应用于SCARA机器人,跟踪效果良好并产生了平滑的力矩输出和速度输出。     

基于FPGA的空间倾斜角测量控制系统研究

摘要：针对转台工作面空间角位置定位测量的问题,设计和实现了一种基于FPGA的空间倾斜角测量控制系统。该测控系统以圆光栅和水平电容传感器作为测量元件,根据给定的目标测量位置和传感器反馈角度值对超声波电机进行PID控制,在上位机处理测角数据和发送控制信号。FPGA实现了倾斜角测控系统的高度集成、快速跟踪和精确定位,首先通过波形仿真对验证光栅信号的细分计数和PID控制输出,最后对水平电容传感器输出在± 3″内精确定位性能进行了实验验证。     

基于补偿控制的无人地面车辆轨迹跟踪方法

针对无人地面车辆轨迹跟踪精度不高,鲁棒性差的问题,提出了一种基于补偿控制的算法。该算法分为运动学和动力学两部分：基于方向角调整策略的运动学控制律能确保无人地面车辆有效跟踪参考轨迹;基于PD与模型参考模糊滑模自适应控制相结合控制的动力学控制律能有效补偿建模不精确和外界扰动带来的影响。仿真结果表明：该算法能够有效跟踪参考轨迹,控制量分配合理且鲁棒性较好。     

高精度星载点目标轨迹跟踪系统设计

一种高精度星载点目标轨迹跟踪系统,利用拟合点目标轨迹曲线的方法将点目标位置数据简化成多项式系数的数据包,由地面测控系统发送至星上遥感器指向控制单元。指向控制单元与时间管理单元解析数据包中时间参数与系数参数,控制指向镜机构进行运动,对点目标轨迹进行自主跟踪。此方法提高了跟踪系统的跟踪精度,减轻了目标跟踪时总线通信压力。经过试验验证,系统的跟踪精度远优于传统的目标跟踪方法,可进行推广使用。     

多自由度篮球机器人复杂路径跟踪控制系统设计

针对篮球机器人复杂路径识别精度偏低,运行能耗较大等问题,提出基于超声波的多自由度篮球机器人复杂复杂路径跟踪控制系统设计方法。通过MAX232芯片设计控制系统的接口电路,采用低功耗CMOS监控电路芯片MAX706构建监控电路,超声波能够精确提供机器人所遇障碍物距离信息,如有障碍则将接收到的信息进行转换,以电信号的形式反馈给主控板。软件部分利用主控板控制器的程序以及超声波测距程序的设计实现。实验表明,所设计控制系统有效提高了篮球机器人对障碍物的识别率,减小了系统运行所用能耗。     

水冷壁磨损检测机器人控制系统的设计与研究

设计以磁吸附履带式爬壁检测机器人为载体,采用上下位机相结合的控制系统。提出了一种下位机基于STM32单片机的爬壁机器人控制系统的设计方案,配备超声波无损检测技术和其他传感器,用于实现流化床锅炉水冷壁磨损检测机器人的运动控制、管壁检测数据采集,并且基于Visual Studio 2010平台创建人机交互界面,实现与下位机的数据传输以及后续数据处理。实验证明,该设计自动化程度高,运动稳定可靠,上下位机能实时通讯,有效提高检测效率,具有较高的智能化水平。     

基于RFID无阻塞扫描控制的机器人室内定位设计

针对RFID移动机器人室内定位中的标签扫描问题,提出一种基于六边形分布模式的RFID无阻塞扫描控制方案,用于机器人的室内定位系统设计和误差检测。首先,将RFID标签根据六边形模式进行分布,减小位置估计的静态误差;然后,阅读器利用固定信道分配(FCA)方法给每个标签分配ID,使阅读范围内标签ID都不相同;最后,当阅读器读取信息时,发送查询请求给范围内的标签,标签根据自身ID决定应答时隙,避免冲突。实验结果表明,相比基于树的扫描控制方案,本文方案能够降低标签/阅读器的复杂度,同时具有较小的位置估计误差和扫描延迟,可帮助机器人实现精确定位。     

无人水面艇航迹跟踪控制仿真

摘要：针对模型参数不确定、存在外界风浪流干扰的欠驱动无人水面艇的航迹跟踪问题,为提高无人水面艇自主航行能力,减小航迹跟踪过程中的轨迹偏差与跟踪迟滞,提出了一种分层控制结构的方法。由外至内采取航迹、航向、舵角三层控制,外环航迹控制层使用过渡目标点策略,根据无人水面艇的偏航距确定实时目标点,中环航向控制层使用最小转角策略,根据无人水面艇艏向角与目标方向角之差确定偏转打角,内环舵角控制层使用模糊自适应整定PID控制器,对模型参数的动态变化进行补偿。基于MATLAB GUI进行无人水面艇航迹跟踪控制仿真试验,结果表明,模糊自适应整定PID控制器提高了舵角的控制响应速度,无人水面艇在航行过程中的直线行驶、连续折线行驶均能得到较好的航迹跟踪控制。