轮式移动焊接机器人运动学分析与仿真
四舵轮工业移动机器人运动规划与控制方法
06
结论与展望
研究成果总结
建立了四舵轮工业移动机器人 （AMRs）的运动模型，实现 了对机器人姿态、速度和加速 度的精确控制。
提出了一种基于遗传算法的路 径规划方法，使机器人能够在 复杂环境中寻找到最优路径， 并有效避障。
通过实验验证，该运动规划与 控制方法使得四舵轮AMRs在 工业应用中的稳定性和效率都 得到了显著提升。
机器人组成
四舵轮工业移动机器人（4WRIMRs）由底盘、舵轮、传感器、 控制器等组成。
底盘设计
底盘采用高刚性材料，保证机器人的稳定性和承载能力。
舵轮设计
每个舵轮都配备有独立的电机和编码器，可以实现精确控制。
运动学模型建立
01
02
03
坐标系设定
设定机器人坐标系，定义 机器人的位置和姿态。
运动学方程建立
通过控制点信息，拟合出一条平滑的曲线，使 机器人沿此曲线移动。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三次样条插值
将路径划分为多个小段，每段都拟合出一条三 次样条曲线，确保机器人运动平滑。
自然样条插值
通过优化控制点之间的过渡，使机器人的运动更加自然和流畅。
基于机器学习的算法
强化学习
通过与环境交互，学习最优策略，使机器人能够 自主规划路径和调整动作。
神经网络控制器设计
设计一个神经网络控制器需要确定神经元的连接权值和激活函数， 通过训练神经网络来学习系统的输入输出关系。
神经控制应用
神经网络控制广泛应用于非线性系统控制，如无人机飞行控制、智 能车辆控制等，也可以用于四舵轮工业移动机器人的运动控制。
05
实验验证与结果分析
实验平台搭建
硬件平台
01
选择合适的舵轮、电机、编码器、控制器等硬件，并搭建实验
两轮差速驱动移动机器人运动模型研究.pdf
两轮差速驱动移动机器人运动模型研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：***指导教师：王牛博士专业：控制科学与工程学科门类：工学重庆大学自动化学院二O一三年四月Motion Modeling of Two-wheel DifferentialDrive Mobile RobotA Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theMaster’s Degree of EngineeringByMa QinyongSupervisor by Dr. Wang niuSpecialty: Control Science and EngineeringCollege of Automation ofChongqing University, Chongqing, ChinaApril 2013摘要两轮差速驱动移动机器人结构简单，控制方便，是应用最为广泛的一种移动机器人，其运动模型是移动机器人研究的重要内容。
目前，关于两轮差速驱动移动机器人的相关研究中常常忽略了包括移动机器人底层驱动电机动态性能在内的相关动力学因素，但在实际机器人系统中，由于机器人载重等变化会引起驱动系统负载发生变化，从而影响驱动系统的动态响应过程，导致机器人的运动状态发生改变。
而两轮差速驱动移动机器人是一个多输入多输出的控制系统，其运动学模型具有典型的非完整约束，各驱动回路往往采用内部带有非线性环节的双闭环控制系统，是一种具有多个非线性环节的非线性系统，必须采用非线性建模方法建立模型，因此建立考虑移动机器人动力学行为的两轮差速驱动移动机器人运动模型，对于机器人运动的精确描述和控制具有十分重要的理论和实际意义。
基于以上思考，本文采用“类等效”建模方法建立了两轮差速驱动移动机器人运动模型，主要研究工作如下：①提出了基于“类等效”建模方法的两轮差速驱动移动机器人运动模型。
麦克纳姆轮运动学模型
麦克纳姆轮运动学模型麦克纳姆轮运动学模型是一种用于描述麦克纳姆轮机器人运动规律的数学模型。
麦克纳姆轮机器人是一种特殊的机器人，它使用三个或四个麦克纳姆轮进行运动。
这种轮子设计使得机器人能够在水平面上做任意方向的移动，具有极高的机动性和灵活性。
麦克纳姆轮运动学模型的基本原理是通过控制轮子的旋转速度和方向，来控制机器人的移动方向和速度。
在麦克纳姆轮机器人中，每个麦克纳姆轮都可以独立地转动，并且轮子之间的布局形成一个正方形或一个平行四边形。
根据轮子的转动速度和方向的变化，机器人可以向前、向后、向左、向右或斜向移动。
在麦克纳姆轮运动学模型中，使用了一些重要的参数来描述机器人的运动规律。
其中，线速度是机器人在水平面上的移动速度，角速度是机器人绕垂直轴旋转的速度。
通过控制轮子的转动速度和方向，可以精确地控制机器人的线速度和角速度。
麦克纳姆轮运动学模型中的另一个重要参数是机器人的运动方向。
机器人的运动方向可以用一个角度来表示，这个角度被称为偏航角。
偏航角的变化会影响机器人的运动方向，通过调整偏航角，可以使机器人向不同的方向移动。
麦克纳姆轮运动学模型还可以用来计算机器人的位姿，即机器人在水平面上的位置和朝向。
位姿可以用坐标系来表示，通常使用笛卡尔坐标系或极坐标系。
通过计算机器人的位姿，可以确定机器人的位置和朝向，从而精确地控制机器人的运动。
在实际应用中，麦克纳姆轮运动学模型被广泛应用于机器人的运动控制和路径规划。
通过合理地控制轮子的转动速度和方向，可以使机器人实现复杂的运动任务，如直线行走、曲线行走、圆周运动等。
同时，麦克纳姆轮运动学模型也为机器人的自主导航和避障提供了重要的理论基础。
麦克纳姆轮运动学模型是一种用于描述麦克纳姆轮机器人运动规律的数学模型。
通过控制轮子的转动速度和方向，可以精确地控制机器人的移动方向和速度。
麦克纳姆轮运动学模型在机器人的运动控制、路径规划和自主导航等方面具有重要的应用价值。
智能移动机器人运动控制系统及算法的设计
智能移动机器人运动控制系统及算法设计1、本文概述随着技术的快速发展，智能移动机器人已经渗透到我们生活的每一个角落，从工业制造到家庭服务，从深海探测到太空旅行，到处都是智能移动机器人。
为了使这些机器人能够自主、高效、安全地移动，强大而精确的运动控制系统和算法至关重要。
本文将详细探讨智能移动机器人运动控制系统和算法的设计，以期为相关领域的研究人员和技术人员提供宝贵的参考和启发。
本文将首先概述智能移动机器人的运动控制系统，包括其基本组件、主要功能和设计要求。
接下来，将详细介绍几种常见的运动控制算法，如PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等，并分析它们的优缺点和适用性。
本文将根据具体的应用场景和需求，深入探讨如何设计和优化智能移动机器人的运动控制系统和算法。
在此过程中，将使用示例详细说明算法设计过程、实现方法和性能评估。
本文还将展望智能移动机器人运动控制系统和算法的未来发展趋势，包括与深度学习、强化学习等人工智能技术的结合，以及在自动驾驶、智能家居等新兴领域的应用前景。
通过本文的讲解，读者可以全面深入地了解智能移动机器人的运动控制系统和算法，为未来的研究和应用奠定坚实的基础。
2、智能移动机器人运动控制系统的基本组成传感器模块：传感器是机器人感知外部环境的关键部件，包括距离传感器（如激光雷达和超声波传感器）、视觉传感器（如相机）、姿态传感器（如陀螺仪和加速度计）等。
这些传感器为机器人提供周围环境的信息，如物体的位置、形状、颜色等。
控制决策模块：控制决策模块是机器人的“大脑”，负责处理传感器收集的信息，并根据预设的任务目标或环境变化做出决策。
该模块通常包括一个或多个处理器，运行复杂的控制算法和决策逻辑。
执行器模块：执行器是机器人实现运动的直接部件，如电机、伺服等。
根据控制决策模块的输出，执行器将驱动机器人进行相应的运动，如向前、向后、转弯等。
电源模块：电源模块为整个运动控制系统提供所需的电能。
对于移动机器人，电源模块可以包括电池、电源管理电路等，以确保机器人在执行任务期间有足够的能量供应。
基于MATLAB和RobotStudio的6-DOF机器人运动学分析与仿真
基于ADAMS的柔性焊接机器人动力学仿真
并进 行 了动 力学仿 真 。结果 表 明 ：柔性 手臂 构件 对机 械 手 的运动 精度 产 生 了较 大影响 。 关键 词 ：机械 动 力 学 ；虚拟 样机 ；刚 柔耦 合 模 型
中图分类号 ： Ｐ ４ ．； Ｐ ９ ． Ｔ２２ Ｔ ３１ ２ ９ 文献标 志码 ： Ａ
‘
文章编 号 ：１７ － ８ ３２ １）４ ０４ － ４ ６ ３ ９ ３ （０ ０ － ０ ５０ １ －
【】 席俊杰． ４ 虚拟样机技术的发展及应用 【 ． Ｊ 制造业 自动化 ， 】
２ ｏ ，２ （１： １— １ ０ ６ ８１） ９ ２ ．
择 Ｐｏ ａｋｎ ｌｔｒｃｉｇ命令 ，可 以得到最大值 、平均值 以及 ｔ 均方根值 等。当角速度 为 １０ ｏＩ时 ，机械手 的加速 ０ ） ｓ 度在 ００ 达到最大值 １３ ３ ｓ （ ． ｓ ８ ５． ５ 图中虚线所示 ） ０ ｍ／ ；
不 同定义 日 。简单来讲 ，虚拟样 机技术就 是用来代 】
替 真 实物理 样机 的技 术 ，即在 产 品设 计 过程 中 ，利 用 零 部 件 设 计 及 分 析技 术 ，构 造 出 产 品 的 整体 模 型 ，然后对 其各 种工 况进 行仿 真分 析 ，测得 其整 体 性 能 ，从 而对 产 品进行 优化 设计 的一 门技 术 】 。虚 拟 样 机技 术一 般 可 分为 以下 几个 过 程 ： １ ）概念设计 。 即在 ＡＤＡ ＭＳ软件里完成实体 建 模 ，或 者从其 他 ＣＡ 软件 中导入 ，经过 添加 约束 、 Ｄ 力 矩 等 产 生 系 统 模 型 ，建 立 整 体 样 机 模 型 。 在
Ｄｙ ａ ｃ ｉ ｌｔ ｎｏ ｌｘｂ ｅＷ ｅ ｄｎ ｂ ｔ ｓ ｄ ｏ ｎ ｍｉｓＳ ｍｕ ａｉ ｆ ｅ ｉ ｌ ｌｉ ｇ Ｒｏ ｏ ｅ ｎ ＡＤＡＭ Ｓ ｏ Ｆ Ｂａ
移动式焊接机器人焊缝跟踪控制研究_柳长春
移动式焊接机器人焊缝跟踪控制研究柳长春 郑军 吴峰 潘际銮 （清华大学机械工程系，北京100064）摘要：针对在工业中有广泛应用前景的移动式焊接机器人，建立了机器人的数学模型，并根据工作情况，对其进行了简化处理，在此基础上，设计了控制器，并用李雅普诺夫直接法证明了该控制器的全局一致收敛性。
对于弯曲焊缝跟踪问题，提出采用双线激光视觉传感器检测机器人位置偏差和姿态角偏差，基于姿态角偏差的变化率，在线估计参考角速度的值。
仿真和机器人运动实验验证了该控制方法的有效性。
关键词：移动焊接机器人 焊缝跟踪 李雅普诺夫方法 双线传感器0前言焊接机器人是实现自动焊接的方法之一,已成为焊接自动化一个新的发展方向和研究热点[1]。
移动式机器人具有机构简单、适应性强、能够在非结构环境下进行作业等特点，具有很好的应用前景[2]。
焊缝跟踪效果直接影响着机器人自动焊接的质量。
作为一类典型的非完整系统，移动机器人的路径跟踪近年来引起了科研工作者的重视。
Kanayama 等人采用动态反馈线性化方法获得指数收敛的跟踪控制率，该方法具有阶数高和闭环系统有奇异点的不足[3]。
文献[2, 4]采用backstepping方法，设计了控制器，该控制器具有阶数低的优点，然而，控制器结构复杂，所需反馈量在工程中难以获取。
此外，还有学者研究了模糊控制在机器人路径跟踪中的应用，模糊控制虽然可以实现较大范围的有效跟踪，但模糊控制器性能受人为因素影响很大。
本文对一类新型的，具有四自由度，受非完整约束的焊接机器人，建立其运动模型，设计了焊缝跟踪控制器，并采用李雅普诺夫方法证明了该控制器可以实现跟踪误差的全局收敛，进行了仿真和机器人实验，验证了该方法的有效性。
1 机器人运动学模型机器人结构如图1所示：图 1机器人结构示意图机器人由车体，焊枪，十字滑块组成，焊枪通过十字滑块与车体连接，具有横向自由度，速度为u，图中，t表示焊枪前端，位姿坐标为(,,)Tx y θ，v 表示车体几何中心线速度，w 表示车体角速度。
基于MATLAB的六轴焊接机器人运动学仿真
基于MATLAB的六轴焊接机器人运动学仿真
才洋;于功志
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】将某符合Pieper准则的六轴焊接机器人作为实验对象,利用
SDH(Standard-Denavit-Hartenberg)方法确定其D-H参数,创建对应的关节坐标系与D-H模型。
基于MATLAB软件中机器人工具箱10.4版本展开运动学仿真,利用齐次变换矩阵与解析法完成对机器人正逆运动学的分析求解,同时验证了机器人运动学建模的合理性。
在MATLAB中完成了轨迹规划与优化,对算法进行了优化、差分与分析。
规划方式分别采用了线性规划与关节空间规划。
对运动轨迹分别采用了五次插值函数、三次插值函数、匀速优化的处理方法。
通过上述实验将优化前后进行比对发现,角速度和角加速度曲线均无骤变现象且到达点位时为零,得到的末端执行器轨迹工整圆滑,充分证明了优化后焊接机器人运动性能的稳定。
【总页数】9页(P32-40)
【作者】才洋;于功志
【作者单位】大连海洋大学航海与船舶工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.基于MATLAB的六自由度焊接机器人的运动学仿真与轨迹规划
2.基于MATLAB 的6R焊接机器人运动学的仿真研究
3.基于Matlab/Adams的工业焊接机器人运动学分析与控制联合仿真
4.基于MATLAB的五轴坡口切割机器人运动学分析与仿真
5.基于Matlab和Adams六轴焊接机器人运动学分析与轨迹规划
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｖｌ ｉ ｎ ｃ ｌ ａ ｏ ｅｅ ｄｏ ｂ ｔ ａ ｉｕａｏ ｗ ｒ ｇ ｉｅ ｙｔｅｓ ｕ￣ｉｎＴ ｉ ｄｔ ｒｖ ｅ ｅｏ ｔ ａ ｄａ ｅ ｒ ｉｎｏ ｔ ｎ ｒ ｏ ｎ ｐ ｌ ｒ ｅｅ ａ ｄｂ ｉ ｌ ｏ．ｈ ａａ ｏ ｉ ｄａ ｃｙ ｃ ｅｔ ｆ ｈ ｆ ｏ ｍ ｔ ｎ ｈ ｍ ｓ ｐ ｄ ｒ ｅｅ ｃ ｆ ｒｏｌ ｉ － ｐｓ ｄ ｍ ｂｌ ｗ ｌｉｇｒｂ ｔ ｅ ｒｎｅ ｏｆ ｌ ｗ ｎ ｕ ｔ ｙｏ ｏ ｉ ｅｄｎ ｏ ． ｆ ｏ ｇ ｕ ｆ ｅ ｏ ｓ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｏ ｌ ｌ ｎｇ ｒ ｂｏ ； ｎｅ ａ ｉ ｓ Ｖｉ ｔ ｌｐ ｏ ｏ ｙｐ ｎｇ； Ｍ ｂｉｅ ｗｅ ｄｉ ｏ ｔ Ｋｉ ｍ ｔｃ ； ｒ ｕａ ｒ ｔ ｔ ｉ ＡＤＡＭ Ｓ
中 图分 类 号 ： Ｈ１ 文 献标识 码 ： Ｔ ６ Ａ
１ 引言
焊接机器人具有很强的环境适应能力和运动灵 活性 ，可替
ｔｅ ｈ ｍｏ ｉ ｗｅ ｄ ｎ ｏ ｏ ｂ ｏＥ， ｄ ｉ ｂｌ ｅ ｌ ｉ ｇ ｒ ｂ ｔ ｙ Ｐｒ ／ ａ ｍｐｏ ｔｄ ｔ ｉ ｔ ＡＤＡＭＳ ｔ ｍａ ｅ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ ｉｐｌｃ ｍｅ ｔ ｎ ｒｅ ｉ ｎ ｏ ｏ ｋ ｓｍｕ ａ ｏ ． ｄ ｓ ａ ｅ ｎ ， ｔ
【 摘 要 】 介绍了一种以差动轮式小车为移动平台，以Ｉ Ｂ ６０Ｄ型六 自由 Ｒ １０ Ｉ 度弧焊机器人为焊接机械
臂的移动焊接机器人 。对其进行 了运动 学分析 ， 了Ｐｏ 介绍 ｒＥ和 ＡＤ Ｓ无缝对接的方法 ， Ｐｏ ／ ＡＭ 在 ｒ／ Ｅ软件 中建 立了移动焊接机 器人三维实体模型 ， 并导入 Ａ Ａ Ｄ ＭＳ中进行运动学仿 真 ， 出了移动焊接机器人在特定运动 得
两驱动轮的差速来实现 。Ｒ １０ Ｉ Ｉ Ｂ ６０Ｄ型弧焊机器人是针对焊接系
张晓 莹 陈鹿 民 温 小隆 谢 烽
（ ｌ ｌ 工业学 院 ， １） ｐ慷§ 郑州 ４ ０ ０ ） ５ ０ ２
Ｋｉｅ ｎ ｍａ ｉ ｎ ｌｓｓ ａ ｄ ｓｍｕａ ｉｎ ｏ ｅ ｄ ｂｌ ｌ ｉｇ ｒ ｂ ｔ ｔ ａ ａｙ ｉ ｎ ｉ ｌｔ ｆｗｈ ｅｌｅ ｍｏ ｉ ｗｅ ｄ ｎ ｏ ｏ ｃ ｏ ｅ
并应用于生产领域。为 了顺应 国际焊接机器人技术的发展动态 ， 各部分之 间均 由转动关节相互连接 ， 共有 ６个 自 求 ，世界各地 的研究者 已经研制了各种各样 的移动焊接机器人 ， 腕等部分组成 ， 采用 Ｄ Ｈ方法建立其连杆坐标系 ， 图 ２ — 如 所示 。该 为我国的移动焊接机器人研究提供关键技术和支持 ， 开展移动焊 的结构特点 ， 如表 １ 所示。 接机器人相关理论和技术研究具有重要的科学意义和应用价值 。 机器人各杆件 的结构参数和运动参数 ，
ｓａ ｌｓ ｃ ｎ ｅｔ ｎｍ ｔｏ ｒ／ ｄＡＤ ＳＷ ｎｒｄ ｃｄ Ａｔａｔｉｂ ｉ ｅ３ ｉｕ ｏ ｅｓｏ ｅｍ ｅｓ ｏ ｎ ｃｉ ｅｈｄｏ Ｐｏ ａ ＡＭ ａ ｉｔ ｕ ｅ． ｌ ， ｕｌ ｔ Ｄ ｖｒ ａ ｍ ｄ ｌ ｆ ｏ ｆ Ｅｎ Ｓ ｏ Ｓ ｔ ｔｈ ｔｌ
ｔｋ ｄ Ｉ ａ ｅ ＲＢ１ ００ Ｄ ６ Ｉ ６－ＤＯＦ ｌ ｉ ｇ ｒ ｂ ｔａ ｌ ｉ ｇ ｍａ ｉ ａ ｏ ． ｒｔｙ， ｎ ｍａ ｉｓ Ｗａ ａｙ ｅ ｗｅ ｄ ｎ ｏ ｏ ｓ ｗｅ ｄ ｎ ｎｐｕｌｔ ｒ ｓｌ ｋｉ ｅ ｔｃ Ｓ ａ ｌ ｓ ｄ，ｔ ｎ ｔ ｅ Ｆｉ ｎ ｈｅ ｈ
较大的操作空间。
３ 移动焊接机器人运动学分析
ＩＢ ６ ０Ｄ型弧焊机器人是 由回转 的机体、 Ｒ １ ０Ｉ 大臂、 小臂和手
由度 ， 具有 良好 的与外界交互性能 ， 图 １ 如 所示。 通过分析机器人
．机械 臂运动 学 代焊接工人在劳动条件恶 劣情况下和非结构化环境情况下执 ３１
行复杂构件 的焊接任务 。 随着机器人技术的发展和生产生活的需
２ 移动焊接机器人简介
移动焊焊接机器人 由移动平 台和机械臂两部分组成 ，机械
臂 固定 在 移 动平 台上 。 文研 究 的 移 动焊 接机 器 人 以差 动 轮式 小 本
车为移动平台 ， Ａ Ｂ公司生产的 ＩＢ ６ ０Ｄ型六 自由度弧焊 以 Ｂ Ｒ １ ０Ｉ 机器人为机械臂 。 差动轮式移动小车只能前进 、 ， 向则依靠 后退 转
状态下， 手部末端的位移、 速度及加速度特性曲线， 为移动焊 接钡器人的后续研究提供 了参考依据。
关键词 ： 动焊接机 器人 ； 动学 ； 移 运 虚拟样 机 ； Ｄ Ａ ＡＭＳ 【 ｓ ａ ｔ ｈ ｉｔ ｄ ｃｄａｍｏ ｉ ｅｄｎ ｂｔ ｈｃ ｋ ｄｗ ｅｌ ａｔ ｔｅｍ ｂｌ ｐａ ｏｍ ａ ｄ Ａｂ ｔ ｃ 】 ｒ ｕｅ ｂｌ ｗ ｌｉｇｒ ｏ ｗ ｉ ｔ ｅ ｈ ｅ ｃｒ ｒ ｎｏ ｅ ｏ ｈａ ｄ ｈ ｏ ｉ ｌｆ ｒ ｎ ｅ ｔ
ＺＨＡＧＮ ａ — ｉ ｇ， Ｘｉｏ ｙ ｎ ＣＨＥＮ ｕ－ ｎ， ＥＮ ａ － ｏ ｇ， Ｅ ｅ ｇ Ｌ ｍｉ Ｗ Ｘｉｏ ｌ ｎ ＸＩ Ｆ ｎ
（ ｈ ｎ ｚｏ ｉｈ ｄ ｓ ｏｌ ｅ Ｚ ｅ ｇｈ ｕ４ ０ ０ ， ｈｎ ） Ｚ ｅ ｇｈ ｕＬｇ ｔ ｎ ｕｔ Ｃ ｌ ｇ ， ｈｎ ｚｏ ５ ０ ２ Ｃ ｉａ Ｉ ｙ ｒ ｅ
机 械 设 计 与 制 造
１８ ３ 文章编号 ：０ １ ３ ９ （ ０ ０ １ － １８ ０ １ ０ — ９ ７ ２ １ ）１ ０ ３ — ３
Ｍ ａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔｒ ｎ ｆｃｕｅ
第 １ 期 １ ２１ ０ ０年 １ １月
轮 式移动焊接机 器人运动 学分析 与仿真 半