两轮自平衡机器人中若干问题研究

北京工业大学硕士学位论文两轮自平衡机器人中若干问题研究姓名：狄海江申请学位级别：硕士专业：模式识别与智能系统指导教师：阮晓钢20080501两轮自平衡机器人中若干问题研究作者：狄海江学位授予单位：北京工业大学相似文献(10条)1.期刊论文仲欣.吕恬生.ZHONGXin.LUTiansheng在球面运行的万向轮式移动机器人运动学模型的建立-机器人1999,21(3)爬壁机器人技术的不断发展,使研制可以吸附在大型球面工作的轮式移动机器人成为可能.本文采用坐标变换方法,针对工作在球面的万向轮式移动机器人建立运动学模型.其建模方法对于其它类型的在球面工作的轮式移动机器人也同样适用.2.学位论文杨焕明立体视觉在轮式移动机器人导航与监测中的应用1999计算机视觉的研究目标是使计算机具有认知周围环境的能力,即不仅使计算机能够感知三维环境中物体的几何信息,而且能对其进行描述、识别与理解.作为计算机视觉的主要方法,立体视觉是对生物视觉系统最直接的模仿.把立体视觉系统引入到移动机器人中,将在某种程度上构成一个有眼睛、会走路、具有一定智能的机器人.该论文结合甘肃省自然科学基金项目轮式移动机器人的导航与监测,比较系统地论述了立体视觉系统作为机器人位姿传感器为其提供导航与定位的方法.根据特殊现场环境的要求,作者建立了立体视觉系统的数学模型,研究了各种立法视觉算法,从而提出视觉定位方法和以实时性为要求的机器人位姿计算方法,得到了较为满意的结果.3.会议论文陆震.颜飙轮式移动机器人运动冗余问题解法及稳定性研究1998分析了轮式移动机器人（ＷＭＲ）运动几何特性，得出了在非完整的束条件下轮式移动机器人运动学逆问题的解法，在对轮式移动机器人运动分析的基础上提出了保证机体稳定性的控制移动平台运动的方法，最后进行了仿真验证。4.学位论文陈玉峰基于RealTimeExtension技术的自主视觉机器人导航控制2006本文以AS-R轮式移动机器人为实验平台，主要研究如何利用RealTimeExtension技术实现对AS-R机器人较为精确的运动控制，并在此基础上研究了基于自主视觉的轮式移动机器人导航控制问题。首先建立了轮式移动机器人的运动模型，在分析RTX软件结构的基础上，建立了基于RTX的机器人运动控制系统结构，并利用RTX软件结合VC++编程实现了对AS-R机器人较精确的运动控制。然后，利用AS-R机器人视觉系统进行了路面环境的图像采集，并通过编程进行了图像处理及特征识别。在路面边界直线斜率辨识的基础上，计算出机器人运动方向的偏差，并根据该偏差，对机器人两个驱动电机的转动速度进行控制，以实现机器人沿路面中心线的运动。同时，利用AS-R机器人自身携带的多个PSD红外传感器不断检测机器人与障碍物的距离，应用多传感器信息融合方法，实现机器人及时的转弯避障。最后，在仿真实验的基础上，在AS-R移动机器人实物系统上进行了实验和调试，验证了本文所提出的控制方法的有效性，并进一步分析了该控制方法的性能和不足。5.期刊论文刘相权.贠超.郝静如.LIUXiang-quan.YUNChao.HAOJing-ru液下搅拌机器人的运动学分析-煤矿机械2006,27(2)液下搅拌机器人可取代传统的大型机械搅拌装置,具有体积小,能耗少等优点.对这种轮式移动机器人的运动学特性进行了详细分析,推导出了前轮驱动时机器人车体上的各个主动关节和非主动关节的运动参数计算公式,从而为进一步进行动力学分析和建立机器人运动控制模型奠定了基础.6.学位论文余文勇轮式移动机器人智能控制的理论与实践2003本文针对轮式移动机器人系统的智能控制问题,对其运动控制、机器人视觉、视觉伺服、路径规划、进化学习等理论和方法进行了研究,并开发出多机器人智能控制系统的软件与硬件平台.轮式移动机器人是典型的非完整约束机构,无法通过线性反馈获得姿态稳定.本文根据多种移动机器人的运动学模型和动力学模型,分析了非完整约束机器人轨迹跟踪和姿态稳定的能控性,运用Lyapunov稳定性理论,推导出轨迹跟踪的非线性控制律和基于相对坐标的移动机器人姿态稳定控制律,后者避开了Brockett定理的限制,使得通过线性反馈就能获得姿态的稳定;分析了移动机器人多电机控制的同步性问题,提出了同步控制的策略,通过比较实验验证了控制算法的有效性.针对高速实时机器人视觉系统的要求,分析了摄像机、采集卡、外触发装置和闪光灯的时间序列,估算了图像采集过程中的延迟和等待时间,设计了足球机器人视觉系统的硬件和软件,提出了基于颜色的多机器人视觉跟踪技术,包括适应环境光线变化的滤波技术、快速颜色查表技术、基于RLE的图像重构、多机器人的标识技术以及视差补偿技术,通过比较实验验证了此套技术的鲁棒性,即快速、准确和可靠;对于移动机器人的视觉伺服控制,本文研究了通用图像雅可比矩阵以及图像特征数与机器人自由度数不对称时的解决办法,研究了基于图像的移动机器人视觉伺服控制模型,推导了轮式移动机器人的图像雅可比矩阵,建立了视觉伺服控制的时间模型,对存在的延迟和等待问题,利用Kalman滤波进行预测和补偿,通过实验验证了其有效性.对于移动机器人动态目标跟踪问题,提出了基于极限环的避障控制算法,结合比例导航算法、人工势能场方法和姿态稳定控制算法,根据三者的优缺点,提出了基于任务的动态目标跟踪控制算法,利用模糊进化学习方法,通过模糊控制器和改进的遗传算法,研究了控制参数和直接控制量的优化搜索技术,并建立了适合于仿真学习环境的机器人运动学和动力学模型,通过离线学习和在线实验验证了进化学习算法的有效性,分析了存在的问题.利用多智能体的理论和方法,研究了多机器人的控制结构,分析了慎思结构和反应式结构的优点和不足,提出了一种适用于多机器人协作与分工的混合式层式控制结构,建立了多机器人协同作业的硬件平台,开发了一套面向对象的多机器人智能控制软件,针对机器人足球问题,根据本文的研究成果,设计了足球机器人的角色行为,提出了守门员、前锋和后卫的控制算法和控制策略,在机器人足球赛实践中加以验证和改进.7.期刊论文朱磊磊.陈军.ZHULeilei.CHENJun轮式移动机器人研究综述-机床与液压2009,37(8)分析了轮式移动机器人的研究现状,按照车轮数目对轮式移动机器人进行了归类,讨论了各类轮式移动机器人的移动机构及其控制方式,对各类轮式移动机器人之间的关系作了初步探讨,并对各类轮式移动机器人的性能进行了比较,指出了各类轮式移动机器人研究中存在的问题,展望了轮式移动机器人的发展方向.8.学位论文杨春雨足球机器人小车子系统开发与研究2005足球机器人涉及机器人、智能控制、数据融合、计算机技术、数字通讯、图象处理、机构学和人工生命等多个领域，为研究多智能体系统、多机器人等理论提供一个很好的实验载体。基本上说，足球机器人系统由机器人系统、视觉系统、决策系统和通讯系统四个子系统组成。为适应比赛需要，机器人应满足以下几点设计要求：无线数字接收；电机驱动及调速；红外检测障碍识别；前进后退要走直线；转向转弯半径应尽量小；急停或碰撞不能翻车；抗干扰性要好；强壮性；可维护性；制造成本低；尺寸小于7.5cm×7.5cm×7.5cm。概括地介绍了足球机器人的产生、发展状况及其发展前景。着重介绍了足球机器人系统的组成，即决策子系统、视觉子系统、通信子系统、机器人小车子系统，阐述了这四个子系统之间的相互关系和各子系统在整个系统中所起的作用。而且对于各个子系统的设计要求也做了简要的说明。着重介绍了机器人子系统的一般设计，包括足球机器人系统的工作模式，机器人的总体结构设计，轮式机器人基本运动方程的建立，运动模型的建立，以及轮式移动机器人的运动控制。着重介绍了机器人系统的硬件设计。CPU板的设计包括了方案的选择，单片机的控制电路；驱动系统指电机与传动系统和驱动电路设计，保障电机能够进行正反转；电源应保证场上的比赛时间和充电方便；光电码盘保证了双电机驱动进行很好的调速；红外传感器用以区分究竟是球还是对方运动员。通过同步补偿使双电机驱动双轮达到速度基本一致。着重是机器人子系统软件设计。包括通讯协议和车载单片机(SCM)的程序设计以及移动机器人控制器算法。通过实验，我们发现，对于足球机器人小车系统设计的方案选取，算法的建立是可行的，软硬件的设计是成功的。9.会议论文陈学东.李小清轮/足混合式星球表面探测机器人的运动设计2002提出新的轮/足混合式星球表面探测机器人的运动设计思想,在全方位四足步行机器人机体下安装两组具有全方位机动性的双轮驱动系统,这两组双轮驱动构成了一个可全方位移动的轮式机器人.这种混合结构的设计既充分利用了足式机器人的越障能力,又发挥了轮式机器人在平坦地面上能快速移动的优点.文章就四足机器人的步行运动设计以及轮式机器人的运动控制模型分别进行了讨论,并给出了相应的仿真结果,说明了这种设计思想的有效性.10.学位论文赵永刚轮式移动机器人避障行为研究2007本文对轮式移动机器人的避障行为进行了研究、仿真和实验，主要研究工作包括：(1)提出了一种运用基于神经网络的强化学习算法解决轮式移动机器人避障问题的方法。Q-学习是一种类似于动态编程的强化学习方法，而神经网络有强大的能力来储存Q值，把这两种方法与确保自主移动机器人在复杂、未知的环境下工作这一目的结合起来，在轮式移动机器人模型上进行仿真试验，结果验证：运用基于神经网络的强化学习的仿真机器人能够明显加强自身的学习能力，从而在复杂的环境中完成指定的任务。(2)介绍了一种基于分层思想的强化学习方法，将机器人的复杂行为分解为一系列简单的行为进行离线独立学习，并分别设计了每个层次的结构、参数及函数，然后将该方法应用于轮式移动机器人避障问题研究，将避障问题分解为躲避静态和动态障碍物以及向目标点靠近三个子行为分别进行学习，实现了机器人的自主避障。(3)提出了一种以AVR单片机为主控制器的轮式移动机器人整体设计方案，完成了从主体电路设计、电路板制作、程序编写和调试的整个过程，将避障算法应用于机器人，使其实现避障功能。本文链接：：上海海事大学(wflshyxy)，授权号：03ceff49-ea25-424f-b243-9dea014c31eb下载时间：2010年9月7日