移动机器人——独轮机器人研究综述
《轮式移动机器人轨迹跟踪智能控制》范文
《轮式移动机器人轨迹跟踪智能控制》篇一一、引言随着科技的不断进步，轮式移动机器人在各个领域的应用越来越广泛，如工业自动化、军事侦察、服务机器人等。
在这些应用中，轨迹跟踪的准确性和智能性成为评价机器人性能的重要指标。
本文旨在研究轮式移动机器人轨迹跟踪的智能控制技术，探讨其应用与优势，并提出相应的解决方案。
二、轮式移动机器人概述轮式移动机器人是一种常见的移动机器人类型，具有结构简单、移动灵活、运动速度快等优点。
其运动主要依靠电机驱动的轮子实现。
根据不同的需求，轮式移动机器人可分为单轮驱动、双轮驱动等不同类型。
此外，其内部控制系统也是机器人正常运行的关键。
三、轨迹跟踪的挑战与需求轨迹跟踪是轮式移动机器人的核心功能之一。
然而，在实际应用中，轨迹跟踪面临诸多挑战。
如复杂的外部环境和内部分布式控制系统可能导致机器人轨迹偏离设定路线，使得任务无法准确完成。
因此，我们提出了一个高质量的轨迹跟踪智能控制方案，以解决这些问题。
四、智能控制方案的设计与实现为了实现准确的轨迹跟踪，我们采用了先进的传感器技术和机器学习算法。
首先，通过高精度的传感器实时获取机器人的位置和姿态信息。
然后，利用机器学习算法对数据进行处理和分析，以实现智能决策和控制。
具体来说，我们采用了以下步骤：1. 传感器数据采集：通过激光雷达、摄像头等传感器实时获取环境信息，包括障碍物位置、道路情况等。
2. 路径规划：根据获取的传感器数据，利用算法进行路径规划，为机器人制定合理的运动路线。
3. 反馈控制：将实际位置与目标轨迹进行比较，计算偏差并进行反馈控制，调整电机的输出力矩以使机器人回到正确的轨迹上。
4. 机器学习：利用深度学习等算法对历史数据进行学习，以提高轨迹跟踪的准确性和鲁棒性。
五、实验结果与分析为了验证我们的智能控制方案的有效性，我们在不同环境下进行了实验。
实验结果表明，我们的方案在各种复杂环境下均能实现准确的轨迹跟踪。
此外，我们还对不同算法进行了对比分析，发现我们的方案在准确性和鲁棒性方面均具有显著优势。
移动机器人——独轮机器人研究综述
下2个用铰链关节连接的部分。由于其轮子很宽大，因此基本不存在侧向平衡的问题。
• 2005年卡内基梅隆大学的研究者Lauwers 等研制与独轮机器人很类似的机器人称为独轮球机器人， 它将独轮机器人的轮子换成的一个可朝任意方向滚动的球 • 2007 年，美国加州大学圣地亚哥分校研制成功一款名为UniBot 的SWR，利用极点配置算法控制上端
2005年卡内基梅隆大学的研究者lauwers等研制与独轮机器人很类似的机器人称为独轮球机器人它将独轮机器人的轮子换成的一个可朝任意方向滚动的球2007年美国加州大学圣地亚哥分校研制成功一款名为unibot的swr利用极点配置算法控制上端的竖直飞轮和下端的一个行走轮成功地实现了自身的平衡2008年日本村田制作所推出了名为村田少女的独轮车机器人该机器人通过转动机器人体内配备的惯性轮保持侧向平衡而前向平衡则通过机器人的车轮来控制难题平衡目前干扰卡尔曼滤波非线性线性化微分几何滑膜控制俯仰横滚航向之间耦合解耦控制静态不稳定动平衡mimo系统角度角速度位置速度反馈动力学建模方法牛顿欧拉法受力分析拉格朗日方程劳斯方程基于能量计算量大凯恩法非完整性系统矢量运算计算量小有递推公式方便计算水平飞轮容易转向竖直飞轮容易平衡陀螺仪结构橄榄球形状球形结构控制策略神经网络反演迭代学习控制中国进展
的竖直飞轮和下端的一个行走轮，成功地实现了自身的平衡
• 2008 年，日本村田制作所推出了名为“村田少女”的独轮车机器人，该机器人通过转动机器人体内 配备的惯性轮保持侧向平衡, 而前向平衡则通过机器人的车轮来控制
难题 -> 平衡（目前）
• 建模复杂
拉格朗日法、凯恩法
• 干扰
卡尔曼滤波
• 欠驱动或不稳定 • 非线性
电气控制结构
参考文献
移动机器人运动控制研究综述
移动机器人运动控制研究综述内容摘要：移动机器人运动控制研究综述，摘要：随着经济和科技的高速发展，机器人科学的研究也有了显著的进步，移动机器人作为机器人科学研究的一个重点方面之一，有着相当大的发展空间。
对于移动机器人来说，运动控制系统是其核心部位，它对机器人能否良好的运动起到决定性的作用，因此，随着科技的不断发展，要求我们不断探索、发展、完善移动机器人运动控制系统。
为了更全面深刻的研究移动机器人运动控制研究，我们可以基于移动机器人运动控制现状，发现问题与不足，并提出改进措施和创新...关键词：移动机器人；运动控制；研究；创新近年来移动机器人的研究不断进步，国际上一些国家更是注重于移动机器人的更高层次的发展，使得移动机器人科学发展迅速。
移动机器人之所以受到世界各国的重视，主要是由于其运用的广泛性，例如，可用于军事领域、航空领域、汽车行业、代替人类参与极限环境探险、工厂工作等等。
自从二十世纪八十年代美国制定地面无人作战平台以后，全世界便进入了研究移动机器人的高涨阶段。
一、世界范围内移动机器人控制研究现状（一）国外移动机器人研究现状在世界上，移动机器人的研究最为先进的是美国，目前美国制定的机器人研究计划有，利用移动机器人参与军事活动、太空探索、汽车行业、智能机器人，都具有极为先进的思想，并且美国研制的机器人早在1997年就登上了火星，是人类机器人研究的极大进步。
日本制定的移动机器人计划是极限环境探索，为人类探索极为恶劣的环境提供了便利。
德国研发的智能机器人在1998年就表现尤为出色，体现了其先进的移动机器人控制系统，也是科技的又一新进步。
（二）国内移动机器人研究现状我国近年来也加大了对移动机器人控制的研究，因为研究较晚，机器人研究经验不足，所以在很多方面存在不足，主要是研究方向单一，大项目启动困难。
目前，我国移动机器人研究成果有：清华大学1994智能机器人研制成功，使得我国移动机器人控制研究取得了突破性的进展。
轮式移动机器人研究综述
参考内容
内容摘要
随着科技的快速发展，轮式移动机器人已经成为现代机器人研究的一个重要 领域。作为一种可以在地面或者水面上自由移动的自动化设备，轮式移动机器人 被广泛应用于生产制造、物流运输、医疗健康、航空航天、服务娱乐等各个领域。 本次演示将对轮式移动机器人的研究历史、现状以及未来的发展趋势进行综述。
轮式移动机器人研究综述
目录
01 摘要
03
轮式移动机器人技术 综述
02 引言
04
轮式移动机器人市场 前景综述
目录
05 轮式移动机器人应用 案例综述
07 参考内容
06 结论
摘要
摘要
轮式移动机器人因其具有移动灵活、适应复杂环境的能力而受到广泛。本次 演示对轮式移动机器人的研究现状、发展趋势和未来应用进行综述，涉及的关键 字包括：轮式移动机器人、研究现状、发展趋势、未来应用、机械臂、电子控制 系统、传感器等。
轮式移动机器人应用案例综述
轮式移动机器人应用案例综述
1、医疗领域：在医疗领域，轮式移动机器人已经得到了广泛应用。例如，国 内某医院采用了菜鸟物流机器人的配送服务，实现了药品、标本和资料的快速送 达，提高了医疗工作效率。此外，还有利用轮式移动机器人进行手术操作、病人 照护和药物配送等应用案例。
轮式移动机器人应用案例综述
2、电子控制系统：电子控制系统是轮式移动机器人的核心部件，用于实现对 其运动轨迹、速度和姿态等的高效控制。目前，研究者们正在致力于开发更加高 效、稳定的电子控制系统，并采用先进的控制算法以提高机器人的运动性能和稳 定性。
轮式移动机器人技术综述
3、传感器：传感器在轮式移动机器人中起着至关重要的作用，用于感知周围 环境、判断自身状态以及实现自主导航。目前，研究者们正在研究新型传感器技 术，以提高机器人的感知能力和适应能力。例如，利用激光雷达技术实现精确的 环境建模和避障；同时，研究多种传感器的融合方法，以提高机器人的感知能力 和鲁棒性。
轮式移动机器人的运动控制算法研究
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。
移动机器人调研报告
移动机器人调研报告1. 引言随着科技的不断发展，移动机器人正逐渐成为现实中的一部分。
移动机器人是一种能够自主行动和导航的机器人，它能够在不同的环境中移动和执行任务。
本文将对移动机器人进行调研，主要包括以下几个方面：技术发展、应用领域、挑战与未来发展。
2. 技术发展移动机器人的技术发展经历了多个阶段。
起初，移动机器人主要依靠预先编程的路径进行移动，并通过传感器来感知环境。
随着时间的推移，机器人开始具备自主导航的能力，能够根据环境的变化做出实时决策。
近年来，深度学习和机器学习等人工智能技术的发展，为移动机器人带来了更多的智能化功能，例如目标识别、自主学习等。
3. 应用领域移动机器人在各个领域都有广泛的应用。
在工业领域，移动机器人能够自动化执行物流和生产线任务，提高生产效率。
在医疗领域，移动机器人可以用于搬运、送药等工作，减轻医护人员的工作负担。
在家庭领域，移动机器人可以作为家庭助理，执行打扫卫生、照料老人等任务。
此外，移动机器人还被应用于军事、教育、娱乐等领域。
4. 挑战与未来发展尽管移动机器人在各个领域都有广泛的应用，但仍然面临一些挑战。
首先，移动机器人的成本较高，限制了其在大规模应用中的推广。
其次，移动机器人在复杂环境下的自主导航和避障能力仍然有待提高。
此外，移动机器人的安全性和隐私保护也是亟待解决的问题。
未来，移动机器人有望在以下几个方面得到进一步发展。
首先，随着人工智能技术的不断成熟，移动机器人将更加智能化，能够更好地理解和适应人类需求。
其次，移动机器人的成本有望进一步降低，使得其更易于大规模应用。
此外，随着传感器技术的进步，移动机器人将具备更强大的感知和交互能力。
5. 总结移动机器人作为一种能够自主行动和导航的机器人，在各个领域都有广泛应用的潜力。
随着技术的不断发展和创新，移动机器人的功能和性能将得到进一步提升。
然而，移动机器人仍然需要解决一些挑战，例如成本、自主导航能力和安全性。
期待未来移动机器人能够在人类生活中发挥更大的作用。
移动机器人项目可研报告
移动机器人项目可研报告
一、移动机器人研究背景
移动机器人（Mobile robots）是一种用于执行特定任务的自主移动的机器人，其具有通过自身动力运行、收集信息、响应环境变化以及根据专门的软件和硬件实现智能行为等特点。
移动机器人作为一种具有自主性动力的智能机器，不仅在工业过程中可实现重复性任务的快速完成，还具有一定的容错性，可以在有异物入侵的情况下容易检测并及时作出应对，从而提高生产效率和质量。
二、移动机器人结构研究
（1）任务信息部分：包括任务规划、任务分解、任务编码、任务监控等，这一部分的作用是完成机器人系统的任务控制，确定机器人的行动规划和执行内容。
（2）定位部分：包括软件定位、硬件定位、地图记忆、路径跟踪等等，这一部分的作用在于确定机器人所在的空间位置，以及确定机器人行动的正确方向。
（3）控制部分：包括机器人的姿态控制、运动控制和通信控制等。
独轮车机器人的发展和技术研究
独轮车机器人的发展和技术研究陈小磊;魏世民;于秀丽【摘要】独轮车机器人是一多变量、强耦合、非线性的复杂动力学系统,它作为一种全新概念的移动机器人,是控制理论和动力学研究的新平台.对国内外独轮车机器人研究现状进行了广泛调研,其中日本的骑独轮车机器人是这一领域的代表,美国也做了大量的工作,而中国科研单位在此方面的研究刚刚起步.文中概括并分析了独轮车机器人建模和平衡设计、传感器系统和机器人控制算法等关键技术.【期刊名称】《机电产品开发与创新》【年(卷),期】2010(023)004【总页数】3页(P6-8)【关键词】独轮车机器人;非线性;动态稳定【作者】陈小磊;魏世民;于秀丽【作者单位】北京邮电大学,自动化学院,北京100876;北京邮电大学,自动化学院,北京100876;北京邮电大学,自动化学院,北京100876【正文语种】中文【中图分类】TP2420 引言独轮车运动是一项平衡技巧性项目，它除了可以增强人的灵活性和机敏性外，而且可以提高身体的柔韧性，协调人的综合平衡能力。
为了揭示独轮车运动的内在规律，进一步提高掌握平衡技巧，科学家们开始尝试在机械上实现上述高难度的自平衡运动，出现了独轮车机器人为代表的新型研究方向，人们试图通过对独轮机器人的研究推出新型的代步工具，并进一步提高机器人的智能化水平，为促进多学科的深入协调发展提供一个新的研究平台。
独轮车机器人作为一种全新概念的移动机器人，由于它是一个多变量、强耦合、非线性的复杂动力学系统，其姿态的不稳定性及产生稳定运动所需解决的动态平衡问题，对于控制理论及动力学问题的研究来说，具有很大的挑战性，是一个很好的研究模型，为控制理论的应用以及动力学问题的研究提供了新的切入点。
目前日本的骑独轮车机器人是这一领域的代表，而国内在此方面的研究还没有得到重视。
1 国内外研究现状及发展1.1 美国的发展现状加州大学，圣地亚哥分校，Jascha van Pommeren在De Callafon教授的指导下，成功研制了独轮驱动的机器人Unibot。
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的竖直飞轮和下端的一个行走轮，成功地实现了自身的平衡
• 2008 年，日本村田制作所推出了名为“村田少女”的独轮车机器人，该机器人通过转动机器人体内 配备的惯性轮保持侧向平衡, 而前向平衡则通过机器人的车轮来控制
难题 -> 平衡（目前）
• 建模复杂
拉格朗日法、凯恩法
• 干扰
卡尔曼滤波
• 欠驱动或不稳定 • 非线性
电气控制结构
参考文献
• • • • Brown Jr, H. B., & Xu, Y. (1996, April). A single-wheel, gyroscopically stabilized robot. In Robotics and Automation, 1996. Proceedings., 1996 IEEE International Conference on (Vol. 4, pp. 3658-3663). IEEE. Nakajima, R., Tsubouchi, T., Yuta, S., & Koyanagi, E. (1997, September). A development of a new mechanism of an autonomous unicycle. In Intelligent Robots and Systems, 1997. IROS'97., Proceedings of the 1997 IEEE/RSJ International Conference on (Vol. 2, pp. 906-912). IEEE. Schoonwinkel, A. (1988). Design and test of a computer-stabilized unicycle. Lauwers, T. B., Kantor, G. A., & Hollis, R. L. (2006, May). A dynamically stable single-wheeled mobile robot with inverse mouse-ball drive. In Robotics and Automation, 2006. ICRA 2006. Proceedings 2006 IEEE International Conference on (pp. 2884-2889). IEEE. Vos, D. W. (1992). Nonlinear control of an autonomous unicycle robot: practical issues (Doctoral dissertation, Massachusetts Institute of Technology). Xu, Y., Brown, H. B., & Au, K. W. (1999). Dynamic mobility with single-wheel configuration. The international journal of Robotics Research, 18(7), 728-738. Xu, Y., & Au, S. W. (2004). Stabilization and path following of a single wheel robot. Mechatronics, IEEE/ASME Transactions on, 9(2), 407-419. 常文超. (2012). 自平衡独轮机器人控制系统的研究 (Master's thesis, 河北科技大学). 陈小磊, 魏世民, & 于秀丽. (2010). 独轮车机器人的发展和技术研究. 机电产品开发与创新, (4), 6-8. 郭磊, 廖启征, 魏世民, & 崔建伟. (2009). 独轮车机器人的动力学建模与非线性控制. 系统仿真学报, (9), 2730-2733. 胡敬敏.(2010).一种独轮机器人的建模与运动平衡控制的研究[D].北京工业大学 胡攀辉.(2013) 独轮机器人机械本体机构研制[D].哈尔滨工业大学. 王攀. (2013). 独轮机器人全方位姿态控制研究及实验验证 (Master's thesis, 哈尔滨工业大学). 王启源. (2011). 独轮自平衡机器人建模与控制研究 (Doctoral dissertation, 北京: 北京工业大学). 王启源, 阮晓钢, & 于乃功. (2012). 基于单神经元控制器的独轮自平衡机器人双闭环自适应控制. 信息与控制, 41(2). 王启源, & 阮晓钢. (2012). 独轮自平衡机器人双闭环非线性 PID 控制. 控制与决策, 27(4), 593-597. 朱磊磊, & 陈军. (2009). 轮式移动机器人研究综述 [J]. 机床与液压, 37(8), 242-247.
• •
•
• • • • • • • • • •
移动机器人——独轮机器人研究综述
吴 霜 3110000309
研究历史
• • SWR的研究始于20 世纪七八十年代，主要集中于日本、美国等国家 1987年，斯坦福大学的Schoonwinkel等人根据人骑独轮车原理，应用轮子、支架和旋转的水平转盘3 部分设计了一种SWR（LQR控制） • 1990 年，麻省理工学院的Vos等人根据Schoonwinkel等人的模型，提出一种新的LQG控制结构,，实现 了这种机器人的稳定性控制，但没有实现机器人的运动控制（LQG算法） • • 1996年，卡耐基梅隆Brown等人依照陀螺前进原理，发明了Gyrover机器人 1997年，日本筑波大学研制了一种具有橄榄球形状的宽大轮子的独轮机器人，并且将机器人分成上、
下2个用铰链关节连接的部分。由于其轮子很宽大，因此基本不存在侧向平衡的问题。
• 2005年卡内基梅隆大学的研究者Lauwers 等研制与独轮机器人很类似的机器人称为独轮球机器人， 它将独轮机器人的轮子换成的一个可朝任意方向滚动的球 • 2007 年，美国加州大学圣地亚哥分校研制成功一款名为UniBot 的SWR，利用极点配置算法控制上端
竖直飞轮（容易平衡）
陀螺仪结构
橄榄球形状
球形结构
控制策略
• • • • PD控制、极点配置（LQ控制） 线性化、解耦、分层 非线性：非线性PID、H-inf、自适应、模糊、神经网络、滑膜 神经网络反演迭代学习控制
中国进展：2009~2013
北京工业大学 （阮晓钢）
哈尔滨工业大学
国内进展
• 郭磊等人研究了一种带水平飞轮和运动配 重机构的独轮机器人的动力学模型，并根 据线性理论MIMO（3I3O）方法设计控制算 法对其进行了控制实验 • 阮晓钢等人利用滑模变结构和模糊控制方 法对忽略SWR偏转角和左右方向位移的退化 模型进行了控制研究 • 双闭环非线性PID控制、自适应单神经元双 闭环控制……
线性化、微分几何（滑膜控制）
• 俯仰、横滚、航向之间耦合
解耦控制
• 静态不稳定
动平衡
• MIMO系统
角度、角速度、位置、速度反馈
动力学建模方法
• 牛顿—欧拉法
受力分析
• 拉格朗日方程 -> 劳斯方程
基于能量、计算量大
• 凯恩法（非完整性系统）
矢量运算（计算量小）、有递推公式（方便计算）
典型结构
水平飞轮（容易转向）