轮式移动机器人的运动控制
轮式移动机器人运动学基础,自由度计算
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轮式移动机器人运动学基础,自由度计算
轮式移动机器人的运动学基础包括轮式移动机器人的运动学模型、运动学约束和运动学控制等方面。
其中,自由度计算是其中比较重要的一部分。
首先,轮式移动机器人的运动学模型可以分为非完整模型和完整模型。
其中,非完整模型指的是机器人的所有约束都不完整,例如,机器人在运动时可以在任
意方向上运动;而完整模型指的是机器人的所有运动都受到一定的限制,例如,机器人在运动时只能沿着特定的路径运动。
其次,轮式移动机器人的运动学约束还包括机器人的几何约束和运动约束。
其中,几何约束指的是机器人在运动时必须满足的形态约束,例如,机器人在运动时必须保持平稳;而运动约束指的是机器人在运动时必须满足的运动约束,例如,机器人在运动时必须按照预定的运动路径运动。
最后,轮式移动机器人的运动学控制包括轮式移动机器人的动力学控制和运动学控制。
其中,动力学控制指的是机器人在运动时要满足机器人的动力学约束,
例如,机器人在运动时必须保持平稳;而运动学控制指的是机器人在运动时要满足机器人的运动学约束,例如,机器人在运动时必须按照预定的运动路径运动。
综上所述,轮式移动机器人的运动学基础涉及到轮式移动机器人的运动学模型、运动学约束和运动学控制等方面,其中,自由度计算则是其中比较重要的一部分。
轮式移动机器人的运动控制算法研究
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轮式移动机器人的运动控制算法研究一、引言随着科技的不断发展,移动机器人在工业、医疗、农业等领域的应用越来越广泛。
轮式移动机器人作为一种常见的移动机器人形式,其运动控制算法的研究对于机器人的稳定性和灵活性至关重要。
本文将分析和探讨轮式移动机器人的运动控制算法,旨在提高机器人的运动精度和效率。
二、轮式移动机器人的构成及运动模型轮式移动机器人通常由车身和多个轮子组成。
其中,车身是机器人的主要构成部分,承载着各种传感器和控制器。
轮子是机器人的运动装置,通过轮子的不同运动方式实现机器人的运动。
轮式移动机器人的运动可以通过综合考虑轮子之间的相对运动得到。
通常,可以使用正运动学和逆运动学模型来描述轮式移动机器人的运动。
正运动学模型是通过已知车体姿态和轮子转速来计算机器人的位姿。
逆运动学模型则是通过给定车体姿态和期望位姿来计算轮子转速。
根据机器人的结构和机械特性,可以选择不同的运动控制算法来实现轮式移动机器人的运动控制。
三、经典的轮式移动机器人运动控制算法1. 基于编码器的闭环控制算法基于编码器的闭环控制算法是一种常见的轮式移动机器人运动控制算法。
它通过测量轮子的转速,并结合期望速度,计算控制指令,控制轮子的转动。
该算法可以提高机器人的速度控制精度和跟踪性能。
2. PID控制算法PID控制算法是一种经典的控制算法,常用于轮式移动机器人的运动控制中。
它根据偏差信号的大小和变化率来调整控制指令,使机器人在运动过程中保持稳定。
PID控制算法具有简单、易理解和易实现等优点,但在一些复杂情况下可能需要进一步优化。
3. 最优控制算法最优控制算法是指在给定一组约束条件下,使机器人的目标函数最优化的控制算法。
在轮式移动机器人的运动控制中,最优控制算法可以通过解决优化问题,提高机器人的运动效率和能耗。
最优控制算法可以结合局部规划和全局规划来实现机器人的路径规划和运动控制。
四、轮式移动机器人运动控制算法的发展趋势随着机器人技术的不断发展和应用需求的不断提高,轮式移动机器人运动控制算法也在不断演进和改进。
一种轮式移动机器人运动控制系统的实现
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Ab s t r a c t :T h e c o n t r o l s y s t e m f o r wh e e l e d mo b i l e r o b o t f e a t u r e s p o o r r e a l t i me p e r f o r ma n c e a n d e x p a n d a b i l i t y,s o t h e mo t i o n c o n t r o l s y s t e m
纪 浩
轮式移动机器人运动控制系统研究与设计的开题报告

轮式移动机器人运动控制系统研究与设计的开题报告一、选题背景随着现代科技的不断发展,机器人技术的应用日益广泛,尤其是在工业自动化领域。
现代工厂中很多重复性劳动已经被机器人所取代,这不仅提高了生产效率和产品质量,也减轻了人力成本和劳动强度。
其中轮式移动机器人在物流和仓储领域有广泛应用,能以更快的速度和更高的精度完成货物搬运和种类分拣等任务,大大提升了物流效率。
机器人在实际应用中需要运动控制系统的支持,而轮式移动机器人的运动控制系统是整个机器人系统中至关重要的一部分,它直接关系到机器人的移动速度、精度以及灵活性等。
因此,本课题旨在针对轮式移动机器人运动控制系统进行详细的研究和设计,探索更为高效、稳定的控制策略。
二、选题意义及目标本课题旨在研究和设计一种高效、稳定的轮式移动机器人运动控制系统,通过建立运动模型、分析控制策略、设计控制算法等方面的研究工作,达到以下目标:1. 实现轮式移动机器人的运动控制系统,包括传感器采集、运动控制、路径规划等。
2. 基于机器人运动模型,探索一种高效、精准的控制策略。
3. 根据控制策略,设计控制算法,并使用实验方法验证算法的有效性和鲁棒性。
4. 实现算法在轮式移动机器人控制系统中的应用,提升机器人的控制性能和稳定性。
三、研究内容和计划1. 研究轮式移动机器人的运动学和动力学原理,建立数学模型。
2. 研究机器人传感器的类型和工作原理,选择合适的传感器并编写相应的驱动程序。
3. 建立机器人控制系统的运动模型,包括路径规划、局部化等。
4. 基于机器人运动模型,研究控制策略,优化机器人运动性能。
5. 设计并实现控制算法,对算法进行验证实验。
6. 将控制算法应用到轮式移动机器人控制系统中,测试系统的性能和稳定性。
7. 撰写毕业论文并进行答辩。
四、研究方法和技术路线本课题的研究方法主要包括:文献研究法、建模法、仿真实验法和实物实验法等。
具体的技术路线如下:1. 通过文献研究法了解轮式移动机器人的基本原理、运动学、动力学等知识,并进行数据收集和分析。
轮式移动机器人动力学建模与运动控制技术
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WMR具有结构简单、控制方便、运动灵活、维护容易等优点,但也存在一些局限性,如对环境的适应性、运动稳定性、导航精度等方面的问题。
轮式移动机器人的定义与特点特点定义军事应用用于生产线上的物料运输、仓库管理等,也可用于执行一些危险或者高强度任务,如核辐射环境下的作业。
工业应用医疗应用第一代WMR第二代WMR第三代WMRLagrange方程控制理论牛顿-Euler方程动力学建模的基本原理车轮模型机器人模型控制系统模型030201轮式移动机器人的动力学模型仿真环境模型验证性能评估动力学模型的仿真与分析开环控制开环控制是指没有反馈环节的控制,通过输入控制信号直接驱动机器人运动。
反馈控制理论反馈控制理论是运动控制的基本原理,通过比较期望输出与实际输出之间的误差,调整控制输入以减小误差。
闭环控制闭环控制是指具有反馈环节的控制,通过比较实际输出与期望输出的误差,调整控制输入以减小误差。
运动控制的基本原理PID控制算法模糊控制算法神经网络控制算法轮式移动机器人的运动控制算法1 2 3硬件实现软件实现优化算法运动控制的实现与优化路径规划的基本原理路径规划的基本概念路径规划的分类路径规划的基本步骤轮式移动机器人的路径规划方法基于规则的路径规划方法基于规则的路径规划方法是一种常见的路径规划方法,它根据预先设定的规则来寻找路径。
其中比较常用的有A*算法和Dijkstra算法等。
这些算法都具有较高的效率和可靠性,但是需要预先设定规则,对于复杂的环境适应性较差。
基于学习的路径规划方法基于学习的路径规划方法是一种通过学习来寻找最优路径的方法。
它通过对大量的数据进行学习,从中提取出有用的特征,并利用这些特征来寻找最优的路径。
其中比较常用的有强化学习、深度学习等。
这些算法具有较高的自适应性,但是对于大规模的环境和复杂的环境适应性较差。
基于决策树的路径规划方法基于强化学习的路径规划方法决策算法在轮式移动机器人中的应用03姿态与平衡控制01传感器融合技术02障碍物识别与避障地图构建与定位通过SLAM(同时定位与地图构建)技术构建环境地图,实现精准定位。
轮式移动机器人轨迹跟踪控制算法的研究
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wa r s n e o s n h sz n a g e b a c lt g t e d v ai n o o h a g e a d p st n b t e n t e rb t e l t o ain a d s p e e t d t y t e ie a n l y c l u ai h e i t f b t n l n o i o e w e h o o r a— i l c to n n o i S me
合成一个角度 , 然后对该 角度进行了 PD调节 ; I 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± m以内。 lc 关键 词 :轮式移动机器人 ; 轨迹 跟踪 ; 算法 ; 比例一 积分一 微分调节 中图分类号 : P 4 ; H13 T 2 2 T 1 文献标志码 : A 文章编号 :0 14 5 (0 2 0 — 7 0 0 10 — 5 12 1 )6 0 3 — 3
Ke o d : hee bl rbtt jc r t c i ;l rh po o i —nerld r a v( I cnrl yw r s w eldmoi oo;aety r kn a o tm;rp ro i ga ei te PD) ot e r o a g gi tn t — vi o
轮式移动机器人运动控制的研究的开题报告

轮式移动机器人运动控制的研究的开题报告一、选题背景随着智能制造和物流的快速发展,轮式移动机器人的应用越来越广泛。
在自动化工厂、仓库、医院、学校等场所,轮式移动机器人能够为人们带来极大的便利,提高工作效率和安全性。
而轮式移动机器人的运动控制技术是其实现自主导航、避障、路径规划等功能的核心技术。
目前,常见的轮式移动机器人运动控制方式包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等多种方法。
然而,不同的控制方法适用于不同的场合和不同的任务,如何选取合适的控制策略是一个值得研究的问题。
二、选题意义本项目旨在通过对轮式移动机器人运动控制方法的分析与比较,寻找最优控制策略,提高轮式移动机器人的导航精度和运动效率。
同时,研究成果还有助于促进智能制造和物流等领域的发展,推进相关产业的升级。
三、研究内容和方法本项目主要研究内容如下:1. 轮式移动机器人运动学和动力学模型的建立;2. 常见的轮式移动机器人运动控制方法的介绍和分析;3. 对比不同控制方法的优缺点,建立合适的评价指标体系;4. 设计和实现最优控制策略,通过仿真和实验验证其有效性。
研究方法主要包括:1. 理论分析法:对轮式移动机器人的运动学和动力学模型进行分析和建模,结合不同控制方法的理论基础进行比较;2. 实验研究法:通过对轮式移动机器人的实际运动控制,数据采集和分析,验证最优控制策略的有效性;3. 数学模拟法:利用计算机进行轮式移动机器人运动控制仿真,快速评估不同控制方法的优劣和效果。
四、预期成果和实施方案预期成果包括:1. 轮式移动机器人运动学和动力学模型的建立;2. 常见的轮式移动机器人运动控制方法的分类和比较;3. 基于评价指标体系的最优控制策略的设计和实现;4. 仿真和实验验证最优控制策略的有效性。
实施方案:1. 着手进行轮式移动机器人运动学和动力学模型的建立;2. 搜集和整理相关文献资料,对比研究不同的控制方法;3. 设计实验方案并进行实验数据采集和分析;4. 利用计算机进行仿真实验;5. 组织撰写论文,完成研究成果的汇总和整理。
轮式移动机器人的运动控制与路径规划研究
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轮式移动机器人的运动控制与路径规划研究第一章背景介绍随着工业自动化程度的不断提高,移动机器人作为智能制造中不可或缺的重要组成部分,已经逐渐成为自动化生产的重要标志,而轮式移动机器人则被广泛应用于工业、医疗、军事等领域。
其中,轮式移动机器人无疑是应用最广泛的一种,因为它具有灵活性高、适应性强、可靠性高、成本低等优点,广泛应用于自主导航、物流配送、空间探索等领域。
而轮式移动机器人在实际应用过程中,最重要的环节就是运动控制和路径规划。
第二章运动控制技术轮式移动机器人的运动主要是通过电机驱动轮子的旋转,从而实现前进、后退、转弯等运动。
轮式移动机器人的运动控制技术主要有两种方式:开环控制和闭环控制。
其中,开环控制是最简单的控制方式,其原理是通过控制电机的电压和电流来控制电机的转速,从而实现轮子的旋转。
但是,开环控制存在一些弊端,比如说飞轮效应导致实际转速与设定转速有误差等问题。
相比之下,闭环控制更加精细,它是通过电机驱动轮子转动之后的编码器反馈信号进行控制,达到更加准确的控制目的。
除了以上两种方式,还有一些先进的技术,比如说PID控制、模糊控制、自适应控制等等,这些技术能够根据不同的控制需求,实现更加高效的轮式移动机器人控制。
第三章路径规划技术路径规划是指在机器人行动过程中,根据实时传感器数据和目标位置信息,计算出机器人实现目标位置所需要的路径。
路径规划对于轮式移动机器人的导航控制具有至关重要的作用,常见的路径规划算法包括典型Dijkstra算法、A*算法等。
Dijkstra算法是最常见的路径规划算法之一,其主要思想是将图分为两个部分,设开始节点为起点,算法从起点开始访问与其直接相邻的节点,并选出一条当前最短的路径扩展到与它相邻的节点上,最终得到最短路径。
而A*算法则是一种启发式搜索算法,它不仅考虑到最短路径,还考虑到到达目标点的优势。
该算法通过估算每个节点到目标节点的距离来实现优化,从而得到以最短路径为基础的最优路径。
轮式移动机器人的运动控制
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根据感知信息,制定有效的避障策略,以避免轮式移动机器人与障 碍物碰撞。
动态避障
在动态环境中,实时更新避障策略,以适应环境变化。
多机器人协同避障
在多机器人系统中,通过协同避障策略,实现多机器人之间的避障和 协同作业。
05
轮式移动机器人的实验与验证
实验平台介绍
实验平台组成
轮式移动机器人通常由轮子、电机、控制器、传感器等组成。
基于神经网络控制算法的轮式移动机器人运动控制
神经网络控制原理
神经网络是一种模拟人类神经系统工作方式的计算模型,由多个神经元相互连接而成,具 有强大的非线性映射能力。
轮式移动机器人应用
在轮式移动机器人的运动控制中,可以通过神经网络控制器实现对机器人速度、位置和姿 态的控制。
优点与局限
神经网络控制算法具有强大的学习和自适应能力,可以处理复杂的非线性系统,但也存在 一些局限,如训练时间较长,对硬件资源要求较高,以及可能出现的过拟合等问题。
基于感知信息的路径规划算法
路径规划算法
使用基于图论、人工智能等算法,根据感知信息进行路径规划, 生成一条安全、有效的路径。
动态路径规划
在动态环境中,实时更新路径规划算法,以适应环境变化。
路径优化
根据轮式移动机器人的运动性能和任务需求,对规划的路径进行 优化,以实现更高效的移动。
基于感知信息的避障策略
根据运动方式的不同,WMR还可以分为差速移动和全方位移动两种类型。差速移动是指机器人通过 控制左右轮子速度的不同来实现转向,而全方位移动则是指机器人可以任意方向移动,通常采用多个 轮子实现。
轮式移动机器人的应用场景
• WMR被广泛应用于各种场景,如家 庭服务、物流运输、公共安全、探险 等。在家庭服务方面,WMR可以作 为智能家居系统的一部分,负责家庭 巡逻、监控、搬运物品等任务。在物 流运输方面,WMR可以用于快递配 送、仓库管理等任务,提高物流效率 。在公共安全方面,WMR可以用于 机场、商场等场所的巡逻和监控任务 ,提高公共安全保障能力。在探险方 面,WMR可以用于探索未知环境, 如灾难现场、野生动物保护区等。
轮式移动机器人动力学控制研究及应用
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轮式移动机器人动力学控制研究及应用近年来,随着技术的不断发展和人工智能的不断壮大,机器人技术领域吸引了越来越多的关注和研究。
轮式移动机器人是一种常见的机器人类型,因其机动性强、灵活性高等特点,被广泛应用于工业制造、军事、医疗等领域。
其中,动力学控制是轮式移动机器人研究的重要方向之一。
轮式移动机器人作为一种双轮自平衡运动系统,其动力学控制研究重点在于掌握机器人的运动状态,并在此基础上进行精准的控制。
一方面,机器人需要通过运动状态分析确定自身位置、速度和方向等信息,以保证对环境的认知行为。
另一方面,机器人还需要进行运动控制,根据输入信号对机器人速度、方向等进行精确控制,实现行动的自主决策。
在动力学控制研究中,机器人模型是关键因素之一。
轮式移动机器人模型通常采取双轮模型或三轮模型。
其中,双轮模型是轮式移动机器人动力学控制研究的基础,其模型侧重于机器人的旋转运动和线性运动,包括转向、加速度控制等内容。
而三轮模型在双轮模型的基础上进行了扩展,能够对多种移动方式进行控制,如直线行驶、弯道行驶、斜角行驶等。
在实际应用中,轮式移动机器人动力学控制研究有着广泛的应用前景。
首先,在制造业中,机器人能够替代人力完成重复性、危险或高难度的任务,提高生产效率,减少工业事故的发生。
其次,轮式移动机器人在医疗领域也发挥着重要作用。
如开展手术、输送药品和物资等。
此外,在军事和公共安全领域,轮式移动机器人不仅可以进行实时监控,也可以在紧急状态下进行侦查、搜救等任务。
然而,轮式移动机器人动力学控制研究也存在一些尚未解决的问题。
例如,机器人在复杂环境下行驶容易受到干扰,从而导致行进路径出现误差;机器人的运动控制也存在精度不足、响应时间慢等问题。
此外,随着机器人技术不断发展,信息安全问题也愈来愈受到关注。
综上所述,轮式移动机器人动力学控制研究是机器人领域的热门研究方向,其应用前景广阔。
未来,在机器人技术和理论基础不断深入的同时,也需要不断探索实际应用场景,进一步完善轮式移动机器人的动力学控制方法。
机器人的运动控制
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机器人的运动控制机器人的运动控制是指对机器人进行各种运动方式的控制,使其能够准确地执行各种任务。
近年来,随着科技的不断发展,机器人出现在各个领域中,如制造业、医疗领域、农业和教育等。
机器人的运动控制是机器人技术中的关键环节,它直接影响着机器人的性能和运动能力。
一、机器人的运动方式机器人的运动方式主要分为步行运动、轮式运动和足式运动等。
步行运动是指机器人通过人类的步态进行移动,这种运动方式灵活、稳定,适用于各种地形。
轮式运动是指机器人通过轮子进行移动,这种运动方式适用于平坦的地面,速度较快。
足式运动是指机器人通过模仿人类的脚步运动来移动,这种方式可以适应复杂地形,但运动速度相对较慢。
二、机器人的运动控制方法机器人的运动控制方法有多种,其中较为常见的有程序控制方法、传感器反馈控制方法和视觉控制方法等。
1. 程序控制方法程序控制方法是指通过编写程序来控制机器人的运动。
机器人运动的每一个步骤都需要预先编写好的程序进行控制,这种方法适用于运动过程相对简单、重复性较强的任务。
程序控制方法能够保证机器人的运动稳定性和精度。
2. 传感器反馈控制方法传感器反馈控制方法是指通过机器人内部的传感器获取环境信息,然后根据信息反馈进行运动控制。
传感器可以获取机器人当前的位置、姿态、速度等参数,进而进行实时的控制调整。
这种方法能够使机器人更加智能化、适应性更强。
3. 视觉控制方法视觉控制方法是指通过摄像头或其他视觉传感器获取环境的图像信息,然后对图像进行处理和分析,从而控制机器人的运动。
视觉控制方法适用于需要机器人对环境进行感知和识别的任务,比如人脸识别、物体抓取等。
三、机器人运动控制系统的关键技术机器人运动控制系统是由硬件和软件两部分组成的。
在硬件方面,机器人运动控制系统主要包括电机、传感器和执行机构等。
电机是机器人运动的动力源,传感器用于获取环境信息,执行机构负责执行机器人的运动指令。
在软件方面,机器人运动控制系统主要包括路径规划、动力学建模和运动控制算法等。
移动机器人的力学行为与运动控制分析
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移动机器人的力学行为与运动控制分析移动机器人是指具备移动功能的机器人,它能够自主地在各种环境中移动和执行任务。
在移动机器人的设计与控制中,力学行为和运动控制是两个关键的方面。
本文将分析移动机器人的力学行为和运动控制,并探讨其在不同应用领域中的应用。
一、力学行为分析移动机器人的力学行为主要包括运动学和动力学两个方面。
运动学研究机器人的运动状态、位置和姿态,动力学则研究机器人在运动过程中所受到的力和力矩。
1. 运动学分析运动学分析是研究机器人在空间中的位置和姿态变化规律的科学。
通过运动学分析,我们可以得到机器人的位姿矩阵、速度和加速度等信息,为运动控制提供基础。
运动学模型通常使用关节角度和关节长度来描述机器人的位置和姿态。
对于多自由度的机器人,可以使用雅可比矩阵来分析末端执行器的速度和力矩。
2. 动力学分析动力学分析研究机器人在运动过程中受到的力和力矩,以及相关参数的计算和建模。
动力学模型可以用于预测和优化机器人的动力学性能,并设计相应的运动控制策略。
动力学分析的方法主要有拉格朗日方法、牛顿-欧拉方法和Kane方法等。
通过动力学分析,我们可以计算机器人关节的扭矩需求、关节力矩和末端执行器的力和力矩。
二、运动控制分析在移动机器人的运动控制中,主要涉及到路径规划、轨迹跟踪和环境感知等方面。
运动控制的目标是使机器人能够按照预定的轨迹和位置进行精确的移动和执行任务。
1. 路径规划路径规划是指确定机器人在环境中移动的最佳路径的过程。
常用的路径规划算法有A*算法、Dijkstra算法和快速随机树(RRT)等。
通过路径规划,机器人可以避开障碍物、优化路径选择,并实现高效的移动。
2. 轨迹跟踪轨迹跟踪是指控制机器人按照预定的轨迹进行移动的过程。
常用的轨迹跟踪算法有PID控制器、模型预测控制(MPC)和状态反馈控制等。
通过轨迹跟踪,机器人可以实现精确的位置和姿态控制。
3. 环境感知环境感知是指机器人通过传感器获取周围环境信息的过程。
轮式和足式机器人运动控制技术研究
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轮式和足式机器人运动控制技术研究近年来,机器人科技尤其是机器人运动控制技术取得了长足的进展,轮式和足式机器人作为机器人技术的代表,也在运动控制技术方面有了不同的发展。
本文将从机器人运动控制技术的角度阐述轮式和足式机器人的特点和优势,并探讨其运动控制技术的研究现状和未来发展方向。
一、轮式机器人轮式机器人是指通过麻雀虽小,五脏俱全的轮子来完成运动控制的机器人,应用广泛,常见的有家庭及商业清扫用途的扫地机器人、工业车辆、智能巡逻机器人等等。
轮式机器人在运动控制技术方面有很多独特的性能和优势。
1、简单直观的图形控制由于轮式机器人的控制方式直观简单,通过编程就可以实现轮子的运动控制及机器人行进方向的改变,因此机器人的图形控制性能较强。
2、平稳且高效由于轮子麻雀虽小,但是运动效率很高,可以实现机器人的高速行驶和稳定性,尤其是在均匀硬质路面等平整地带的时候,机器人的运动轨迹可以较为稳定,速度也不会受到过大的限制。
3、容易维护轮式机器人的构造简单,不需要太多复杂的装置,维护起来也比较容易,只需要在轮子和电子装置的维护上下功夫即可。
二、足式机器人足式机器人是指机器人以铰链、摇臂等方式模拟人的运动,通过使用足部等结构来完成移动的机器人,常见于各种救援、勘探、破冰等领域。
与轮式机器人相比,足式机器人的运动控制技术更为复杂。
1、整体感知性能更强足式机器人以它的人体模仿动作和结构,能够获得足够的外部信号,对环境的感知能力较强,能够在复杂的环境下快速适应,完成任务。
2、稳定性好由于足式机器人的结构比较稳定,重心更低,因此在运动的过程中不容易出现紊乱,能提供更爆发的力量,同时稳定性也比较好。
3、使用面更广足式机器人常用于森林、山区、冰雪等地形,能够快速行进,同时不必受到路面不能允许视线的限制,具有更好的应用前景和使用价值。
三、机器人运动控制技术的研究现状在机器人运动控制技术方面,现有的控制方法主要分为两类:机械和电子控制。
机械控制方法主要是采用伺服电机、步进电机、液压驱动等机械部件将机器人进行控制,其控制效果高,在细节方面表现出色;而电子控制方法适用于一些离散控制问题,如绝对定位、自适应控制等。
轮式移动机器人
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轮式移动机器人简介轮式移动机器人是一种使用轮子作为主要运动方式的机器人。
它具有灵活的机动性和广泛的应用领域,常用于物流、服务机器人和教育等领域。
本文将介绍轮式移动机器人的基本原理、结构和应用。
基本原理轮式移动机器人采用轮子作为运动部件,通过驱动电机控制轮子的转动实现机器人的运动。
根据轮子的布置方式,轮式移动机器人通常分为三种类型:差速机器人、全向机器人和麦克纳姆机器人。
•差速机器人:差速机器人使用两对轮子,每对轮子都由一个独立的驱动电机控制。
当两侧的轮子以不同的速度转动时,机器人将会旋转或向一侧移动。
•全向机器人:全向机器人通过设计特殊的轮子布局实现多个方向的运动。
常见的布局方式有四个轮子呈菱形排列和三个轮子围成一个三角形的布局。
•麦克纳姆机器人:麦克纳姆机器人使用四个特殊的麦克纳姆轮,这种轮子具有斜向排列的滚筒,可以在多个方向上运动。
结构轮式移动机器人的结构包括底盘、轮子、驱动电机和控制系统等组成部分。
•底盘:底盘是机器人的承载结构,用于搭载其他组件,并承受机器人的运动载荷。
底盘通常由坚固耐用的材料制成,如铝合金或碳纤维。
•轮子:轮子是轮式移动机器人的关键组件,负责机器人的移动。
根据具体的应用需求,轮子的类型和尺寸可以有所不同。
•驱动电机:驱动电机是控制机器人轮子转动的关键部件。
常见的驱动电机包括直流无刷电机和步进电机,采用不同的控制方法可以实现多种运动方式。
•控制系统:控制系统是轮式移动机器人的大脑,负责接收外部指令并控制机器人的运动。
控制系统通常由嵌入式处理器和传感器组成,可以实现自主导航、避障和路径规划等功能。
应用轮式移动机器人具有广泛的应用领域,以下是一些常见的应用示例:1.物流机器人:轮式移动机器人可以用于仓库、工厂等场景中的物流任务,例如搬运货物、库存管理和自动拣选等。
2.服务机器人:轮式移动机器人可以在酒店、医院、商场等场所提供服务,例如接待客人、导航指引和送餐等。
3.家庭助理:轮式移动机器人可以在家庭环境中提供各种辅助服务,例如打扫卫生、智能家居控制和娱乐互动等。
轮式机器人的运动和原理
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轮式机器人的运动和原理随着科技的不断发展,机器人已经成为了人类生活中不可或缺的一部分。
其中,轮式机器人是一种非常常见的机器人类型,它可以在各种环境下进行移动和工作。
本文将介绍轮式机器人的运动和原理,帮助读者更好地了解这一机器人类型。
一、轮式机器人的基本结构轮式机器人的基本结构由底盘、轮子、电机、控制系统等组成。
底盘是机器人的主体结构,轮子则是机器人的移动部件,电机则为轮子提供动力,控制系统则负责控制机器人的运动和工作。
二、轮式机器人的运动方式轮式机器人的运动方式主要有三种,分别是全向移动、差动移动和同步移动。
1、全向移动全向移动是指机器人可以在任何方向上移动,无需转向。
这种移动方式通常采用麦克纳姆轮或全向轮来实现。
麦克纳姆轮是一种特殊的轮子,它由多个小轮子组成,可以在不同方向上独立旋转,从而实现机器人的全向移动。
全向轮则是一种圆形轮子,它的周围装有多个小轮子,可以在不同方向上滚动,从而实现机器人的全向移动。
2、差动移动差动移动是指机器人通过不同速度的轮子来实现转向和移动。
这种移动方式通常采用两个或多个驱动轮和一个或多个从动轮来实现。
驱动轮通过电机驱动,可以分别控制其速度和方向,从而实现机器人的转向和移动。
从动轮则跟随驱动轮的运动,帮助机器人保持平稳。
3、同步移动同步移动是指机器人的所有轮子以相同的速度和方向运动,从而实现机器人的移动。
这种移动方式通常采用四个或多个相同的轮子来实现。
所有轮子通过电机驱动,可以同时控制其速度和方向,从而实现机器人的同步移动。
三、轮式机器人的工作原理轮式机器人的工作原理主要由电机、轮子和控制系统三部分组成。
电机为轮子提供动力,轮子则为机器人提供移动能力,控制系统则负责控制机器人的运动和工作。
1、电机轮式机器人通常采用直流电机或步进电机来驱动轮子。
直流电机可以通过改变电压和电流来控制其转速和转向,从而实现机器人的运动。
步进电机则通过改变电流来控制其步进角度和转向,从而实现机器人的运动。
一种轮式移动机器人的控制系统设计毕业论文.doc
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一种轮式移动机器人的控制系统设计毕业论文第一章绪论1.1移动机器人技术概述机器人是一自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机。
机器人技术涉及计算机技术、控制技术、传感器技术、通讯技术、人工智能、材料科学和仿生学等多类学科。
作为机器人学的重要分支,移动机器人能够运动到特定位置,执行相应任务,具备环境感知、实时决策和行为控制等功能,拥有很高的军事、商业价值。
移动机器人按运动方式分为轮式移动机器人、步行移动机器人、履带式移动机器人、爬行机器人等;按功能和用途分为医疗机器人、军用机器人、清洁机器人等;按作业空间分为陆地移动机器人、水下机器人、无人飞机和空间机器人。
1.2移动机器人控制技术研究动态1.2.1移动机器人控制技术发展概况步入21世纪,随着电子技术的飞速发展,机器人用传感器的不断研制、计算机运算速度的显著提高,移动机器人控制技术逐步得到完善和发展。
移动机器人从最初的示教模仿型向具备环境信息感知、在线决策等功能的自治型智能化方向发展。
移动机器人控制系统性能不断提高,各类新型移动机器人也纷纷面世。
步行式机器人是指按照迈步方式前进的移动机器人,由于符合动物的行进模式,可很好的在自然环境中运动,具有较强的越野性能。
如美国NAAS资助研制的丹蒂行走机器人,主要用于远程机器人探险,其控制系统涉及环境感知、障碍物监测、机械臂控制和超远程遥操作等多方面技术。
丹蒂计划的最终目标是,为实现在充满碎片的月球或其它星球的表面进行探险提供一种运动机器人解决方案。
轮椅机器人是指使用了移动机器人技术的电动轮椅。
德国乌尔姆大学开发一种智能轮椅机器人,使丧失行动能力的人也能外出“走动”。
该轮椅机器人,能够自动识别和判断出行驶的前方是否有行人挡路,或是否可能出现行驶不通的情况,自动采取绕行动作,并能够提醒挡路的行人让开道路。
该机器人的控制系统,综合运用了多传感器信息融合、模式识别、避障、电机控制和人机接口等技术。
第一章绪论消防机器人是指能在高温、强热辐射、浓烟、地形复杂、障碍物多、化学腐蚀、易燃易爆等恶劣条件下进行灭火和救援工作的移动机器人。
非完整约束轮式移动机器人运动控制系统研究

直 线运 动 时 ,满 足 = ( 向 角 不变 ) 0 方 ,即 , , =
机器 人 左右轮 的转 角速 度大 小和 方 向都相 同。旋转 运动
时 ,W MR- 以 本 体 的 质 心 ( 动 轮 回 转 轴 线 的 中心 I 驱 点 )为速 度 瞬心 作 旋转 运 动 ,根 据W MR— 运动 学 简化 I
模型 :
键盘矩阵 l c 示 L E
人机交互
=
电机驱动器 卜——— — _ - 叫右驱动 电机
小 车 质 心不 动 的 条件 为 = o, ≠0 = ,即 : , 一 左 右轮 的转 角速 度相 等 ,方 向相 反 。
图2 W MR l 运 动控 制 系统 结 构 框 图 —的
W MR- 的运 动 控 制 模 块 主 要 由 电机 及 其 驱 动 电 I 路 、机械 传动 系 统及 光 电编码 器等 组成 。反馈信 号 的测 量 采 用了 具 有3 0 数 的 增量 式 光 电 编码 器 。其 输 出 为 0线
此 外 ,为 了进 一 步提 高控 制 效果 ,对 其运 动控 制 系统 引入 专 家P D控 制 算法 ,实验表 明 I
该 运 动 控 制 器控 制 的 有 效 性 。 关 键 词 非 完 整 性 轮 式移 动机 器人 运 动控 制 系统 专 家PD控 制 I
1 引 言
轮 式 移 动 机 器 人 ( el b e rb t wh e d mo i o o ,w MR) e l 在 工农 业 、国防 、物 流 等 各 个 领 域 具 有 广 泛 的 应 用 背 景 。广 义地说 ,任 何带 有轮 式驱 动机 构 的机械 装 置 ,如
基于动力学模型的轮式移动机器人运动控制

基于 动 力学模 型 的轮 式 移 动机器 人 运 动控制
张洪 宇 , 张鹏程 ,刘春 明,宋 金 泽 ( 国防科 技大 学 机 电工程 与 自动 化 学 院 ,湖 南 长沙 4 0 7 ) 10 3
中。在样例 中校准模型参数和证 实 了模型 ,并用于 广 泛 应 用 的 “ gcfr l” 中 , 这 样 更 容 易 估 计 mai omua
并分析 今 后 的重 点研 究方 向 。 关键 词 :轮 式移 动机 器人 ;动 力学模 型 ;运 动控 制 ; 非完 整 系统 中图分 类号 :T 2 26 T 2 3 P 4 .; P 7 文献 标 识码 :A
M o eCo to f h e e o ieRo o s d o n m i o e v n r lo e l d M b l b t a e n Dy a cM d l W B
c n r l p i a o to ,i t li e c o to n O o .Ba e n a a y i g t e r c n e u t n m o e i g o M R o to ,o t m l c n r l n e lg n e c n r l a d S n s d o n l z n h e e t r s ls i d ln f W d n mi s a s r e n mo i n c n r lo M R a e n d na c mo e swa i e . n a d to ,f t r e e r h d r c i n y a c , u v y o t o to fW o b s d o y mi d l sg v n I d i n u u e r s a c ie t s i o
轮式移动机器人移动性能

在家庭服务方面,WMR可以作为智能家 居系统的一部分,负责家庭安全监控、 老人和儿童照看等任务。
在物流运输方面,WMR可以用于货物的 运输和分发,提高物流效率。
02
轮式移动机器人的组成与 原理
轮式移动机器人的硬件组成
轮式移动平台
包括车轮、电机、编码器等部件,用于支 撑和驱动机器人移动。
执行器
如电机驱动器、舵机等,用于执行控制系 统的指令。
解。
轨迹跟踪与修正
通过控制算法实现轨迹的精确 跟踪和修正,保证机器人沿着
规划的路径准确移动。
动态适应环境变化
当环境发生变化时,实时调整 路径规划和运动控制策略,适 应新的环境条件,提高机器人
的适应性和鲁棒性。
05
轮式移动机器人的应用案 例分析
案例一:自主导航在家庭服务中的应用
01
自主导航技术
自主导航技术是轮式移动机器人的核心技术之一,包括定位、建图、
、传感器等组成。
WMR可以自主移动,也可以通 过遥控器或计算机进行控制。
WMR的设计和应用范围非常广 泛,包括家庭、商业、工业、
医疗等领域。
轮式移动机器人的发展历程
WMR的发展始于20世纪80年代,当时由于计算机、传感器、电池等技术的快速 发展,人们开始尝试制造能够自主移动的机器人。
随着技术的不断进步,WMR逐渐从实验室走向市场,成为一种实用的自动化设备 。
路径规划和避障等。在家庭服务中,轮式移动机器人可以用于自动巡
逻、监控、送物等功能,提高家庭安全性和便利性。
02
家庭应用场景
例如,家庭监控机器人可以实时监控家庭安全状况,及时发现异常情
况并通知主人。同时,轮式移动机器人还可以承担家庭巡逻任务,定
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下面的调查基于李雅普诺夫直接方法的使用及其扩展进行。在区别简单稳定 的跟踪验证条件和即使在大初始偏离编程系统的运动和不正确地认识质量惯性参 数下也适用的控制律条件,我们得到了这样的结论。
1.稳定编程运动和机器人轨迹运动跟踪的问题制定
当车轮没有下滑时,三个全向轮在直流电机水平面力矩的作用下的移动机器 人的运动控制方程
备注 3.1 控制(3.1)具有不连续的形式, 作为高频率波动(颤动)出现在系
统的结果,当它在实践中被构造, 由于交换系统的不完善性,扰动的影响,小延迟 的信号的传输的存在。控制的连续类似物(3.1)是在下一小节找到,它提供了一 种方法以减少此颤动。
在连续函数形式的控制律。为了解决跟踪分配的轨迹(1.3)的问题,我们将 寻求控制律(1.5)在连续函数的形式。
(1.4)
重庆大学本科学生毕业设计(论文)附件
附件 C:译文
为了解决稳定编程运动的问题,必须找到一个连续反馈控制规律,
(1.5)
这可以让这个系统的程序运动渐进稳定。 现在我们将制定在由机器人的复位操作得到其质量惯性特征不准确的情况下 的机器人的轨迹跟踪问题。
(1.6)
这里的Δm 和ΔI 是质量平台的未知部分和平台满足约束的惯性矩。
程序运动被认为是机器人的等速直线运动 V 和绕质量平台中心转动的恒定角 速度 Ω 的合运动:
从而确保这一行动的控制被发现的机器人平稳运动(4.2),但稳定的问题没 有研究。
对控制参数的μ1 和μ2 以下约束用定理 2.1 实测值:
浅析条件(4.3),我们注意到,如果机器人的重心的编程速度由不等式点 V<23/2ah/md 界定,控制参数μ1 和μ2 可以被设置等于零,和运动(4.2)的稳定将确 保任何正值ν。
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附件 C:译文
附件 C:译文
指导教师评定成绩 (五级制):
指导教师签字:
轮式移动机器人的运动控制
摘要
三滚轴轮移动机器人的轨迹跟踪和运动控制的稳定问题已经被研究。这结果 的新颖性在于施工的控制措施,根据系统的非线性和非平稳特性以及未知质量惯 性特征为各种编程机器人的运动和轨迹解决稳定与跟踪问题。
C9
译文原文出处:A.S. Andreyev, O.A. Peregudova . The motion control of a wheeled mobile robot[J] . Journal of Applied Mathematics and Mechanics :79 (2015) 316–324
附件 C:译文
以下关于分配的机器人轨迹跟踪定理成立(符号定理的制定采用的 3.1 时的 使用规则)。
定 理 3.2 假 设 定 理 3.1 的 条 件 成 立 , 此 外 还 有 一 个 数 字 γ , 存 在
0<γ<min{δ1,δ2},那么下面的不等式也成立:
(3.12)
控制(3.10)解决了与不超过数的跟踪误差在机器人的跟踪轨迹(1.3)的问 题 γ。同时该组初始扰动(3.3)满足约束(3.4)。
这里
(3.11) (3.10)
关于切换线(当常数是足够小)的倾斜的高角的饱和函数 sat(z)是中继功能 的连续近似。因此,形态(3.10)的控制法的选择,一方面,使我们能够降低控 制法在实施时实际相对于中继法出现的波动的振幅控制规律。另一方面,它确保 在该系统参数下鲁棒性的朝向变化特性。
C7
重庆大学本科学生毕业设计(论文)附件
证明 介绍变量(3.5),并考虑到表达式(3.10),我们得到方程组的偏差(1.4)
和(3.5),这是类似于系统(3.6),其中,符号函数被相应的饱和函数(3.11) 取代。
当不等式(3.12)成立,V1 和 V2 的值如下,
我们得到的估算
因此可以得出有某一时刻 t* = t *(γ)>0,这是使得不等式(1.7)将保持 在所有的时刻 t≥t *。
当将系统(2.3)中的函数 ξ0 (t),η0 (t) 和 Ψ0 (t) 替换成相应的限制函 数 ξ0* (t), η0* (t) 和 Ψ0* (t),就得到了限制系统,定义为如下序列:
使用统一渐近稳定的定理,我们找到了系统(2.3)零解是一致渐进稳定的
C4
重庆大学本科学生毕业设计(论文)附件
附件 C:译文
该组初始扰动满足约束
(3.3)
(3.4)
证明 我们引入变量
(3.5)
根据偏差(1.4)和(3.5),在完成替换(1.6),并考虑到关系(3.1)后, 我们写出了形式系统(1.1)
我们将 Lyapunov 向量函数带入其中 并从系统(3.6)估计衍生物相对于时间:
C6
(3.6) (3.7)
重庆大学本科学生毕业设计(论文)附件
(2.2)
这样,控制公式便解决了系统的编程运动的稳定问题。
证明 通过偏差公式(2.1),我们写出系统(1.1)的其他表达形式
(2.3)
对于系统(2.3),我们取正定 Lyapunov 函数形式
(2.4)
我们凭借系统(2.3)的计算其相对于时间导数:
(2.5)
如果条件(2.2)成立。此函数将是一个含有相对变量 x1,x2,x3 负正定二次型函数, 由此不难证明集合{V=0},对于式(2.3)除零解外,不包含限制系统的解:xj = x j = 0 (j = 1, 2, 3).
2. 已编程的运动的稳定性问题的解决方案
为了解决系 律
(2.1)
C3
重庆大学本科学生毕业设计(论文)附件
这里
附件 C:译文
υ> 0,andμi≥0(i=1,2)是一定的常数。基于此,我们提出了关于保持机器人 稳定性公理。
公理 2.1 假设公式(2.1)常数 μ1 和 μ2 成立,那么下列不等式成立:
定理 3.1 和 3.2,这已被证明,使我们能够解决相当容易测试条件下进行广泛 的一类轮式机器人的非平稳轨迹跟踪问题,从而缩短了计算时间。
4.数值模拟结果
控制律(2.1)的应用。控制律(2.1)是在与机器人的运动控制进行了数值
C8
重庆大学本科学生毕业设计(论文)附件
附件 C:译文
模拟使用以下参数值:
这一点,控制式(2.1)保证了系统(1.1)的编程运动(1.3)的稳定。
备注 2.1 控制规律的发现解决了任何初始偏差的下稳定程序运动的问题,它保
证了系统在完整偏差下零解的一致渐近稳定性。
3.跟踪机器人轨迹
中继功能形式的控制律,为了解决跟踪分配的轨迹(1.3)的问题,我们将首先 寻求控制律(1.5)的中继功能的形式。
(1.1)
这里 ξ 和 η 是机器人平台的固定笛卡尔坐标系统的中心坐标;Ψ 是这个平 台 X 轴转动角的垂直测量值; u1,u2,u3 是提供给电机的控制电压;α 是平台中心 距离每个轮子中心点的距离;常数 h>0 是由反电动势转矩系数 cv 和车轮半径 r 确
C1
重庆大学本科学生毕业设计(论文)附件
附件 C:译文
依据系统的解决方案,考虑到 Lyapunov 矢量函数的行为满足初始条件。
(3.8)
当不等式(3.2)成立,我们得到的估算
(3.9)
根据不等式(3.9)所示,存在的某一时刻 t*>0,这是使得以下不等式将会对 所有的 t≥t*
因此,我们发现当 t→+∞,V1→0 和 V2→0。 换一种说法, 通过事先分配跟踪 误差,控制(3.1)解决了系统(1.1)跟踪轨迹(1.3)的问题。
并且我们假设
机器人的轨迹跟踪的问题如下:需要找到控制公式去表明对系统的参数和其 轨迹强加的约束,对于一个定值 γ>0(跟踪误差),某一时刻 t*=t*(γ)>0 能被找 到,这对于类似所有的 t≥t* 不等式都是成立的。
(1.7)
如果在某一时刻的初始态 t=t0≥0,xj(t0)和 xj(t0)在零点附近。
附件 C:译文
定的:h=3cv/(2r2);m,md 和 I 都是系统质量惯性参数的一部分,在表 y 单中都是已 知的。
这里的 r1 是转对轴轮的惯性半径;m0 是质量平台;m1 是轮子的质量;p0 和 p1 分别是平台和轮子的通过他们质量中心的垂直轴的惯性半径。
假设这里有三个函数 ξ0(t),η0(t),Ψ0(t),都是有边界且对于 t≥0 是两
次连续可微的;假设有正常量
ξ ,η ,Ψ ξ ,η ,Ψ ,在 1
1
1
2
2
2
max
max
max , max
max
max
t≥0
的情况下,有下列不等式:
我们首先申明稳定机器人程序运动问题的检验标准, 这可以实现方程式(1.1)作用下的编程控制,
(1.2) (1.3)
这里有
我们引入了程序运动的偏离方程
C2
这里,ν>0,μi>0(i=1,2)和 δj>0(j=1,2,3)均是常数。 我们引入几个定义:
(3.1)
以下有关轨迹跟踪的定理(1.3)成立。
定理 3.1 假设我们可以找到常数
这种情况下,下列不等式将成立
C5
重庆大学本科学生毕业设计(论文)附件
附件 C:译文
(3.2)
控制公式(3.1)解决了一个 α 事先分配的跟踪误差替换公式(1.6)的系统 (1.1)的轨迹(1.3)的问题。从跟踪的轨迹得到的偏差渐近趋于零:xj(t) → 0 当 t → +∞ (j = 1, 2, 3)。
备注 3.2 定理 3.1 和 3.2 仍然有效时,车轮质量测量的误差是非零,即,当
m1 = m10+Δ m1, 其中,Δm1 为车轮质量未知组件,其定义如下
并且 Δ m10< m10 。在定理 3.1 和 3.2 的条件 3.2,3.2,3.14 和 3.15 中, 参数 md 必须由 md+ md0 的值替换。这里