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ICPA-LQR优化的两轮平衡机器人自稳定与轨迹跟踪PID控制器设计
1
作者 黄鹤 李文龙 +3 位作者 杨澜 王会峰 高涛 陈婷 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2026年第2期198-210,共13页
针对现有两轮平衡机器人线性二次型调节器(LQR)的权重系数需要手动选取的缺陷,提出了一种利用改进的食肉植物算法(ICPA)优化LQR权重系数的方法,实现了两轮平衡机器人的自稳定与高精度轨迹跟踪。首先,利用拉格朗日方程法构建了两轮平衡... 针对现有两轮平衡机器人线性二次型调节器(LQR)的权重系数需要手动选取的缺陷,提出了一种利用改进的食肉植物算法(ICPA)优化LQR权重系数的方法,实现了两轮平衡机器人的自稳定与高精度轨迹跟踪。首先,利用拉格朗日方程法构建了两轮平衡机器人系统动力学方程,采用LQR优化PID控制策略保证其最优控制力;其次,在食肉植物算法(CPA)成长过程中引入自适应捕捉系数,平衡食肉植物和猎物的成长关系,提升了前期全局探索和后期局部寻优能力;然后,在CPA繁殖过程中设计干扰因子,扩大搜索空间,进一步提升全局寻优能力;最后,基于EA代价函数,利用ICPA对LQR控制器的权重系数进行寻优,并在MATLAB/Simulink环境中建立两轮平衡机器人控制策略模型。实验结果表明,提出的ICPA-LQR优化的PID控制器,相较于食肉植物算法、麻雀搜索算法、飞蛾扑火算法和改进粒子群算法优化的控制器,动态响应速度更快、抗干扰能力更强、整体性能更好。在扰动情况下,控制两轮平衡机器人跟踪复杂轨迹时,倾角动态偏差小于0.05 rad、横纵坐标的偏差均小于0.2 m、转向角偏差小于0.2 rad、车轮位置角偏差小于3 rad,可以在保持动态平衡的前提下精确跟踪给定的参考轨迹,具有较强的泛化能力。 展开更多
关键词 控制器设计 两轮平衡机器人 动力学建模 改进食肉植物算法 轨迹跟踪
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轮足式动力切换四足机器人建模及其足端轨迹规划
2
作者 陈明方 胡新坤 +3 位作者 张永霞 成之煜 徐亮 方旗 《中山大学学报(自然科学版)(中英文)》 北大核心 2026年第1期33-42,共10页
基于行星系齿轮,设计了一种适应能力强、动力可切换型轮足机器人腿部结构。引入优化后的修正摆线轨迹规划与轮足切换足端轨迹规划,在不同方向上的位置、速度和加速度曲线均连续、平滑、无突变,满足机器人控制要求。基于虚拟模型控制方法... 基于行星系齿轮,设计了一种适应能力强、动力可切换型轮足机器人腿部结构。引入优化后的修正摆线轨迹规划与轮足切换足端轨迹规划,在不同方向上的位置、速度和加速度曲线均连续、平滑、无突变,满足机器人控制要求。基于虚拟模型控制方法,通过WEBOTS平台仿真与单腿实物样机实验,得出摆线轨迹偏差集中于摆动相终点位置和抬腿最高点处,分别为20和5 mm;机构重复定位最大偏差为4 mm,仅为其足端零部件半径(18 mm)的22.2%;轮足切换足端轨迹在X方向的平均误差约为2.4 mm,在Y方向的平均误差为1.26 mm,可完成姿态切换任务。研究成果为轮足式复合机器人设计提供了较好的指导。 展开更多
关键词 轮足式机器人 动力切换 轨迹规划 虚拟模型控制
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升降轮式永磁吸附管外攀爬机器人的运动分析与磁路设计
3
作者 刘军 侯宇 熊念 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2026年第1期47-52,58,共7页
大型运输管道在长期使用时需要定期检测和维护,针对目前常用的人工检修存在劳动强度大和效率低的问题,提出并设计了一种升降轮式永磁吸附管外攀爬机器人。该机器人采用了整体对称设计的一体式升降轮系统和基于Halbach阵列的非接触式磁... 大型运输管道在长期使用时需要定期检测和维护,针对目前常用的人工检修存在劳动强度大和效率低的问题,提出并设计了一种升降轮式永磁吸附管外攀爬机器人。该机器人采用了整体对称设计的一体式升降轮系统和基于Halbach阵列的非接触式磁吸附结构,安装检测装置后能够代替人工进行安全高效的检测。首先,建立了机器人在管道上的力学分析模型,得到机器人在管道上静止和越障时的磁吸附力条件;然后,设计了多行磁柱排布方法,并通过Maxwell仿真分析确定了一种较好的磁路排布方法;最后,使用Adams进行运动仿真并制作了实物样机,验证了机器人在壁面的吸附能力、越障可行性和稳定性。研究提供了一种新的管外攀爬机器人的设计方案,并具有良好的越障能力、管道适应能力和稳定性。 展开更多
关键词 升降轮式管外攀爬机器人 永磁吸附 力学分析 磁路排布 越障可行性
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基于Maxwell的爬壁机器人磁轮磁吸力特性分析
4
作者 张文强 宾光富 +1 位作者 徐光平 杨文明 《机械传动》 北大核心 2026年第1期50-55,共6页
【目的】针对传统磁瓦式磁轮在锅炉爬壁机器人应用中存在的磁场分布不明确、经验公式安全系数冗余、磁铁利用率低及磁轮过重等核心问题,旨在找出磁轮相同体积与质量约束下,N-S交替排布中磁吸力更优的磁瓦排布方案,并明确磁轮压3根与压2... 【目的】针对传统磁瓦式磁轮在锅炉爬壁机器人应用中存在的磁场分布不明确、经验公式安全系数冗余、磁铁利用率低及磁轮过重等核心问题,旨在找出磁轮相同体积与质量约束下,N-S交替排布中磁吸力更优的磁瓦排布方案,并明确磁轮压3根与压2根锅炉水冷壁管时的磁场分布差异及磁吸力大小。【方法】以火电锅炉水冷壁检测机器人为例,建立了4种外形尺寸相同但磁铁排布方式不同的磁轮模型;运用Maxwell软件,对4种不同结构形式磁轮在距离火电厂锅炉水冷壁2 mm时的磁吸力进行了仿真分析。【结果】结果表明,磁轮磁瓦拼接处吸附比磁瓦中间处吸附时的磁吸力大5%~20%;在磁瓦中间处吸附时,无论磁轮压3根壁管还是压2根壁管,4块磁瓦排布方式的磁轮磁吸力均最大;磁轮压3根水冷壁管比压2根水冷壁管的磁吸力大10%~20%。 展开更多
关键词 爬壁机器人 磁轮 永磁吸附 磁吸力 轮式机器人
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四轮电驱动水田除草机器人运动建模与路径跟踪控制
5
作者 肖扬帆 李彦明 +2 位作者 刘子翔 贡亮 刘成良 《农机化研究》 北大核心 2026年第2期165-172,182,共9页
目前,我国水稻生产正在实现全程机械化、智能化,而除草机械和除草机器人的缺乏却成为其短板。为此,基于水田环境的特点,设计了一种四轮独立电驱动高地隙水田除草机器人。针对机器人特殊的前轮差速转向方式控制问题,建立了运动学模型,根... 目前,我国水稻生产正在实现全程机械化、智能化,而除草机械和除草机器人的缺乏却成为其短板。为此,基于水田环境的特点,设计了一种四轮独立电驱动高地隙水田除草机器人。针对机器人特殊的前轮差速转向方式控制问题,建立了运动学模型,根据模型提出了一种四轮独立驱动差速转向控制器,从而实现高地隙除草机器人的四轮独立驱动转向控制。针对高地隙水田除草机器人在路径跟踪过程中的精度和稳定性要求,提出了一种基于超螺旋趋近律的快速终端滑模控制算法,降低了滑模控制算法的抖振,缩短了路径跟踪收敛时间。基于李雅普诺夫判据检验了算法闭环系统的稳定性。使用MatLab/Simulink建立了除草机器人运动学仿真模型,将两种控制器结合进行系统仿真,结果表明:在初始横向偏差为-0.5 m时,调节时间约为3.5 s,且无超调。实际作业试验结果表明:采用此算法进行作业时,横向绝对偏差的平均值为0.0282 m,均方差为0.0334 m,能有效提高自主导航控制系统的稳定性和快速性。 展开更多
关键词 水田 除草机器人 路径跟踪 四轮独立驱动控制 超螺旋滑模控制
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基于自适应命令滤波反步渐近的轮式移动机器人轨迹跟踪控制
6
作者 李昊天 赵林 《现代制造工程》 北大核心 2026年第1期66-73,共8页
针对当外界扰动存在时,非完整约束下轮式移动机器人系统的轨迹跟踪控制问题,提出了一种自适应命令滤波反步渐近跟踪控制方案,将命令滤波反步法与轮式移动机器人系统误差模型相结合,利用命令滤波器来避免传统反步中对虚拟控制信号的微分... 针对当外界扰动存在时,非完整约束下轮式移动机器人系统的轨迹跟踪控制问题,提出了一种自适应命令滤波反步渐近跟踪控制方案,将命令滤波反步法与轮式移动机器人系统误差模型相结合,利用命令滤波器来避免传统反步中对虚拟控制信号的微分计算,并建立误差补偿机制来补偿滤波误差。通过引入时变参数,使跟踪误差渐近收敛到0,保证了系统的收敛性。同时设计自适应律来处理外部干扰,提高了轮式移动机器人的抗干扰能力。最后,通过仿真和实验验证了所提控制律的有效性。 展开更多
关键词 渐近跟踪控制 命令滤波反步 自适应技术 轮式移动机器人
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基于XGBoost的UWB/MEMS IMU室内定位及精度分析
7
作者 罗力 《测绘工程》 2026年第1期92-96,共5页
针对基于UWB和MEMS惯性IMU的四轮机器人在复杂室内环境下,受传感器特性影响,其定位精度不能满足使用要求的问题,提出基于XGBoost的UWB/MEMS IMU四轮机器人室内定位方法。通过XGBoost对UWB的非视距数据识别并剔除以提高UWB数据质量,以及... 针对基于UWB和MEMS惯性IMU的四轮机器人在复杂室内环境下,受传感器特性影响,其定位精度不能满足使用要求的问题,提出基于XGBoost的UWB/MEMS IMU四轮机器人室内定位方法。通过XGBoost对UWB的非视距数据识别并剔除以提高UWB数据质量,以及添加结合四轮机器人运动状态的非完整约束来抑制MEMS IMU独立定位时的误差发散,采用改进的UWB/MEMS IMU紧组合算法来实现四轮机器人的室内定位。实验结果表明,在复杂的室内环境下,四轮机器人的平面定位精度在0.2 m以内,所提出的方法能有效地提高四轮机器人室内定位的精度和稳定性。 展开更多
关键词 超宽带、微机电惯性测量单元组合 极端梯度提升 室内定位 四轮机器人 非完整性约束
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基于高程模糊分割的复杂地形轮式机器人轨迹跟踪 被引量：1
8
作者 于菲 郭宋 刘智光 《机械设计与研究》 北大核心 2025年第2期193-199,共7页
轮式机器人应用于复杂地形时,无法同时确保轮式机器人轨迹跟踪的跟踪精度与鲁棒性,持续变化的地形会导致轮式机器人在运动过程中出现质心失稳。为避免轮式机器人发生质心失稳,设计了一种改进轨迹跟踪控制器。改进轨迹跟踪控制器通过高... 轮式机器人应用于复杂地形时,无法同时确保轮式机器人轨迹跟踪的跟踪精度与鲁棒性,持续变化的地形会导致轮式机器人在运动过程中出现质心失稳。为避免轮式机器人发生质心失稳,设计了一种改进轨迹跟踪控制器。改进轨迹跟踪控制器通过高程值对复杂地形进行了模糊分割,将复杂地形分为平稳地面、平稳坡面以及崎岖地面,并对不同地面设计不同的控制策略。对于平稳地面,采用PID控制方法以确保轨迹的精确跟踪;对于坡面地形,结合坡度信息动态调整控制器的参数,保证机器人在坡面上的稳定性;对于崎岖地形,则引入自适应控制算法,以增强控制器的鲁棒性,确保机器人在不规则地面上也能稳定运行。通过MATLAB进行仿真,仿真结果证明改进轨迹跟踪控制器在面向复杂地形时性能良好,可确保复杂地形下轮式机器人轨迹跟踪的跟踪精度与鲁棒性,对复杂地形下轮式机器人的平稳作业具有一定的应用价值。 展开更多
关键词 轮式机器人 轨迹跟踪 模糊分割 复杂地形
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一种新颖的轮腿式机器人腿部结构设计与分析 被引量：1
9
作者 陈明方 朱恩枭 +2 位作者 魏松坡 黄良恩 张永霞 《机械科学与技术》 北大核心 2025年第6期956-968,共13页
四足机器人因良好的地形适应性很受青睐,但高能耗导致续航较差的问题也很突出,轮足机器人恰好相反,因此轮腿式机器人应运而生。设计了一款轮腿式四足机器人的腿部结构,可根据不同的地形在轮式和足式运动间自由切换,能兼顾地形适应性和... 四足机器人因良好的地形适应性很受青睐,但高能耗导致续航较差的问题也很突出,轮足机器人恰好相反,因此轮腿式机器人应运而生。设计了一款轮腿式四足机器人的腿部结构,可根据不同的地形在轮式和足式运动间自由切换,能兼顾地形适应性和能耗优化。为轮式运动设计了稳定的腿部三角形支撑结构和独立悬挂装置,增强了轮式运动的稳定性和腿部柔性;对腿部结构受力分析,选定了关节电机的关键参数;根据关节电机输出扭矩对腿部结构进行了有限元分析和轻量化设计,很好地控制了腿部惯量;建立了机器人足式和轮式的运动学模型,最后通过运动学仿真验证了该腿部结构设计轮足运动的可行性和合理性。 展开更多
关键词 四足机器人 轮腿式 轻量化 独立悬挂
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双足式轮腿机器人的机构寄生演变研究 被引量：1
10
作者 韦为 巫静 +1 位作者 黄亿 张昊 《机械设计与研究》 北大核心 2025年第5期26-30,38,共6页
串联式轮腿机器人存在的刚度低和运动精度不高等不足,而空间多连杆混联机器人虽然具有更优异的刚度特点,但是其自由度分析复杂且约束情况判断困难,针对这些问题,受到生物寄生的启发并基于机构宿主-寄生的机理,设计了一款具有1条宿主支链... 串联式轮腿机器人存在的刚度低和运动精度不高等不足,而空间多连杆混联机器人虽然具有更优异的刚度特点,但是其自由度分析复杂且约束情况判断困难,针对这些问题,受到生物寄生的启发并基于机构宿主-寄生的机理,设计了一款具有1条宿主支链和4条寄生支链的双足式宿主-寄生轮腿机器人(HPWL)。以此为基础制作了HPWL机器人实物样机,通过旋量理论分析了机器人的自由度,通过样机的动平台实验验证了其正确性,结合多款寄生机构的子样机,对HPWL机器人的寄生演变过程进行了讨论分析。在寄生演变过程中,寄生支链的增加对机构的自由度产生影响,在一定程度上增大运动灵活性或通过限制某些方向上的运动,从而减少局部自由度。对支链的自由度进行具体分析可实现对闭环机构约束情况的精确掌控。结果表明:宿主-寄生机构的自由度分析方法,可以对HPWL机器人的机构寄生演变过程进行简明高效的分析,研究的结果为空间多连杆混联式双足机器人的设计开发提供了重要的思路和方法。 展开更多
关键词 宿主-寄生机构 宿主-寄生轮腿机器人 双足机器人 寄生演变 自由度
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基于方位信息的轮式机器人动态编队控制
11
作者 李艳 贺彬彬 +1 位作者 李明辉 戴庆瑜 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第4期84-96,共13页
针对非完整约束的多机器人动态编队中,各机器人只能获取相邻机器人方位信息的情况,提出一种纯方位角信息的分布式PID(proportion integration derivative)编队控制算法。考虑领航机器人易受风向或路面平整度等扰动影响,带来无法保持编... 针对非完整约束的多机器人动态编队中,各机器人只能获取相邻机器人方位信息的情况,提出一种纯方位角信息的分布式PID(proportion integration derivative)编队控制算法。考虑领航机器人易受风向或路面平整度等扰动影响,带来无法保持编队队形的问题,算法通过引入跟随机器人的相对位置和相对速度反馈,有效消除稳态误差,抑制干扰的影响,改善系统的动态性能,保证系统的全局稳定性。然后,利用Routh-Hurwitz稳定性判据进行分析,验证编队系统的全局稳定性。最后,通过仿真实验比较所提控制律与基于纯比例和比例积分的控制律在收敛速度、抗干扰能力等方面的性能。仿真结果表明:所提控制律使领航者受到干扰后依然形成期望编队,实现对领航者轨迹的快速跟踪,总方位角误差的相对最大偏差下降了5.4%。 展开更多
关键词 方位信息 轮式机器人 编队控制 PID控制算法
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融合GD与SA算法的双轮机器人LQG控制
12
作者 程磊 郭志恒 +1 位作者 魏文宇 王荣 《华中科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第11期85-90,共6页
针对基于二阶倒立摆物理模型的机器人姿态控制展开了仿真研究.首先,采用牛顿力学和欧拉方程对二阶倒立摆系统进行了物理建模,并对其进行线性化,进而推导出状态空间方程;然后,结合智能优化算法对线性二次高斯(LQG)控制算法进行了优化设计... 针对基于二阶倒立摆物理模型的机器人姿态控制展开了仿真研究.首先,采用牛顿力学和欧拉方程对二阶倒立摆系统进行了物理建模,并对其进行线性化,进而推导出状态空间方程;然后,结合智能优化算法对线性二次高斯(LQG)控制算法进行了优化设计,并使用Simscape进行仿真验证;最后,探讨了该控制策略在轮足机器人姿态控制中的应用与表现.仿真结果表明LQG控制算法的收敛速度得到了较大提升. 展开更多
关键词 二阶倒立摆 牛顿力学 欧拉方程 线性二次高斯(LQG)最优控制 智能优化算法 轮足机器人
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轮式工业机器人自适应终端滑模轨迹跟踪控制
13
作者 陈飞 刘婷婷 +1 位作者 毛自民 宋家友 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第11期153-160,共8页
为了提高轮式工业机器人运动轨迹的跟踪精度,设计了轮式工业机器人自适应终端滑模轨迹跟踪控制律。首先针对轮式工业机器人系统中存在的机械摩擦、侧滑和不稳定气流等扰动因素,建立了纵向和横向动力学模型;然后设计了自适应扰动观测器,... 为了提高轮式工业机器人运动轨迹的跟踪精度,设计了轮式工业机器人自适应终端滑模轨迹跟踪控制律。首先针对轮式工业机器人系统中存在的机械摩擦、侧滑和不稳定气流等扰动因素,建立了纵向和横向动力学模型;然后设计了自适应扰动观测器,来准确估计系统中的扰动大小;最后利用纵向和横向轨迹跟踪误差以及横摆角跟踪误差分别设计了自适应终端滑模轨迹跟踪控制律,实现了轮式工业机器人运动轨迹的高精度跟踪。仿真结果表明,设计自适应扰动观测器能够准确估计出系统中的扰动,纵向、横向和横摆角的最大估计误差分别为0.02m/s2、0.06m/s2和0.008(°)/s2,设计的自适应终端滑模轨迹跟踪控制律可以克服系统内的扰动影响,在纵向和横向的最大跟踪误差分别仅为0.06m和0.08m,具有更强的鲁棒性和更高的控制精度。测试结果表明,在提出的控制方法作用下,轮式工业机器人运行轨迹的平均误差和最大误差分别为0.04m和0.11m,表现出了更优的工程实用性。 展开更多
关键词 轮式工业机器人 动力学模型 自适应扰动观测器 终端滑模控制律 轨迹跟踪
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基于MPC−FAPID的复杂工业场景轮式巡检机器人轨迹跟踪控制
14
作者 杨磊 郝萌 +4 位作者 鲍久圣 王凯 阴妍 戴守晨 张可琨 《工矿自动化》 北大核心 2025年第10期57-68,共12页
目前针对巡检机器人轨迹跟踪控制的研究主要存在以下问题:①在应对非对称负载扰动时,双电动机同步控制精度不足。②单一控制结构难以兼顾预测优化与动态抗扰能力。③在复杂多变路况(道路坡度、路面状态发生较大变化等)下,控制算法的自... 目前针对巡检机器人轨迹跟踪控制的研究主要存在以下问题:①在应对非对称负载扰动时,双电动机同步控制精度不足。②单一控制结构难以兼顾预测优化与动态抗扰能力。③在复杂多变路况(道路坡度、路面状态发生较大变化等)下,控制算法的自适应性与鲁棒性仍有待提升。针对上述问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)与模糊自适应PID(FAPID)算法(即MPC−FAPID)的分层双闭环轨迹跟踪控制方法。基于四轮差速巡检机器人运动学模型,在控制量及控制增量中加入相应的约束,完成了基于MPC的轨迹跟踪控制器设计。针对四轮差速巡检机器人轮速易受干扰导致控制不协调的问题,通过引入FAPID算法,减少四轮差速巡检机器人运动过程中的电动机转速误差,仿真结果表明:FAPID算法能有效降低同步偏差,其精度及鲁棒性均优于PID控制与鲸鱼PID控制算法。针对单层控制结构难以兼顾预测能力和抗干扰性的问题,设计了基于MPC−FAPID的分层双闭环控制器:主环MPC实现轨迹跟踪误差补偿和多约束处理,从环FAPID抑制负载扰动影响。仿真结果表明:在直行上缓坡仿真工况下,MPC−FAPID的调整时间为0.87 s,相比MPC−PID,MPC−鲸鱼PID,能更迅速地调整机器人位姿靠近原始轨迹;在连续转弯仿真工况下,相较于MPC−PID与MPC−鲸鱼PID,MPC−FAPID能更好地捕捉原始轨迹的变化趋势,横向、纵向与航向角的最大误差分别为−0.051 m,0.00047 m,0.0408 rad。实机试验结果表明:相比MPC−PID,MPC−FAPID在多目标点轨迹跟踪实机试验中横向最大误差降低了88.24%,纵向最大误差降低了87.76%。 展开更多
关键词 轮式巡检机器人 轨迹跟踪控制 模型预测控制 模糊自适应PID算法 分层双闭环轨迹跟踪控制
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基于自适应滑模的四轮移动机器人轨迹跟踪控制
15
作者 郭磊 张雨晴 宋原 《郑州大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第3期11-18,共8页
针对滑模控制中具有未知界的非匹配不确定性的估计与补偿问题,提出了一种适用于四轮移动机器人的非奇异终端滑模控制器,不需要已知界的不确定性的先验知识。为了保证滑模面的存在性,引入高斯过程回归对非匹配不确定性进行在线估计,一方... 针对滑模控制中具有未知界的非匹配不确定性的估计与补偿问题,提出了一种适用于四轮移动机器人的非奇异终端滑模控制器,不需要已知界的不确定性的先验知识。为了保证滑模面的存在性,引入高斯过程回归对非匹配不确定性进行在线估计,一方面避免采用高增益的控制,从而减小了控制量抖振;另一方面,通过高斯过程回归的估计结果对系统的不确定性进行补偿,从而提高了基于模型的滑模控制器的适应性。基于近端策略优化(PPO)算法设计了一种自适应终端滑模控制器,通过控制精度和控制输入的抖振幅度来构建奖励函数,以此对滑模控制器的参数进行自适应调整,从而减小抖振并提高跟踪精度。通过李雅普诺夫稳定性分析证明了非奇异终端滑模控制器的稳定性,基于数值仿真实验验证了所设计控制器的有效性。结果表明:与传统的终端滑模相比,所提出的自适应终端滑模控制器在保持较高控制精度的同时,抖振振幅减小了90%,优于传统的控制方法。 展开更多
关键词 四轮移动机器人 轨迹跟踪 终端滑模控制 自适应滑模控制 高斯过程回归 强化学习
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麦克纳姆轮式机器人滑模变结构控制器的设计与实现
16
作者 陈龙 杨晨焕 颜斌 《实验室研究与探索》 北大核心 2025年第12期78-84,共7页
针对麦克纳姆轮式机器人轨迹跟踪控制中外部干扰和滑模抖振问题,提出一种结合微分补偿型动态预测器与误差修正幂次趋近率的滑模控制方案。设计滤波动态预测器用以估计系统干扰,引入微分补偿项,提升干扰预测精度;设计基于误差修正幂次趋... 针对麦克纳姆轮式机器人轨迹跟踪控制中外部干扰和滑模抖振问题,提出一种结合微分补偿型动态预测器与误差修正幂次趋近率的滑模控制方案。设计滤波动态预测器用以估计系统干扰,引入微分补偿项,提升干扰预测精度;设计基于误差修正幂次趋近率的滑模控制器,采用双曲正切函数抑制抖振。系列仿真与实物验证显示,该算法能有效降低外部干扰对控制系统的影响,并表现出优异的响应速度和控制性能。在保证强鲁棒性和快速收敛的同时,该算法也为复杂系统的高性能控制提供了新思路,兼具教学研究意义和工程应用价值。 展开更多
关键词 麦克纳姆轮式机器人 滑模控制器 微分补偿型预测器 误差修正幂次趋近率
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寄生式轮腿机器人腿部机构刚度的实验分析
17
作者 韦为 黄亿 +3 位作者 张昊 朱霖 黄斌 巫静 《重庆理工大学学报(自然科学)》 北大核心 2025年第5期163-169,共7页
针对串联机构式轮腿机器人刚度较低的问题,提出了一种具有较高刚度的宿主-寄生式轮腿机器人。从宿主-寄生机构演变规律出发,通过逐步在宿主机器人上添加寄生支链,演变成5种寄生机构式样机。在机器人工作空间内,选择4个极限位姿开展刚度... 针对串联机构式轮腿机器人刚度较低的问题,提出了一种具有较高刚度的宿主-寄生式轮腿机器人。从宿主-寄生机构演变规律出发,通过逐步在宿主机器人上添加寄生支链,演变成5种寄生机构式样机。在机器人工作空间内,选择4个极限位姿开展刚度实验,分析机器人动平台刚度的变化规律。研究表明,随着样机A逐步引入寄生支链演变为样机E,其在位姿P_(1)、P_(2)、P_(3)和P_(4)下各方向的刚度均获得显著提升。特别是在主要承重y方向上,样机E相较于样机A实现了刚度的大幅增强,4个位姿的刚度分别提升了782.63%、2315.24%、2061.74%和1782.53%。该研究成果可为轮腿机器人的优化设计提供参考。 展开更多
关键词 宿主-寄生机构 轮腿机器人 寄生演变 刚度
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基于平面五杆并联机构的多模态双腿轮机器人研究
18
作者 张国亮 陈新朋 +2 位作者 张宇 萧永胜 王展妮 《机械工程师》 2025年第12期17-20,共4页
针对移动机器人在复杂环境中的路面适应性与高机动性需求,提出了一种具有多运动模态的并联双腿轮机器人系统。该机器人采用平面五杆并联轮足机构,通过优化关节负载分布,使单个驱动器仅承担总负载的1/4,从而降低制造成本并提高结构刚度... 针对移动机器人在复杂环境中的路面适应性与高机动性需求,提出了一种具有多运动模态的并联双腿轮机器人系统。该机器人采用平面五杆并联轮足机构,通过优化关节负载分布,使单个驱动器仅承担总负载的1/4,从而降低制造成本并提高结构刚度。在膝关节处集成Omni全向轮,使机器人能够通过结构重构实现多模态运动控制。基于理论模型,研制了原型样机,通过试验验证了关节驱动性能与多模态运动的可行性。测试结果表明,该机器人结构紧凑、负载分配合理,能够满足室内外复杂环境的机动需求,为足轮融合机器人设计提供了新思路。 展开更多
关键词 并联机器人 腿足机器人 双腿轮机器人 多运动模态
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输出约束下的轮式移动机器人的跟踪控制
19
作者 李晓梅 郭晓君 陈学军 《延边大学学报(自然科学版)》 2025年第1期77-82,共6页
为提高具有位姿(位置和姿态角)输出约束的非完整轮式移动机器人(WMR)的跟踪性能,提出了一种基于积分障碍李雅普诺夫函数的轨迹跟踪控制器.首先,为了使移动机器人的位姿输出能够保持在预定的约束条件下,构造了积分障碍李雅普诺夫函数;然... 为提高具有位姿(位置和姿态角)输出约束的非完整轮式移动机器人(WMR)的跟踪性能,提出了一种基于积分障碍李雅普诺夫函数的轨迹跟踪控制器.首先,为了使移动机器人的位姿输出能够保持在预定的约束条件下,构造了积分障碍李雅普诺夫函数;然后,基于李雅普诺夫稳定性原理设计了轨迹跟踪器,以此实现位姿能够快速地跟踪期望值;最后,利用仿真实验验证了所设计控制器不仅能够保证WMR的输出满足约束条件,而且在约束下WMR能够更快速、稳定地自主跟踪目标。 展开更多
关键词 轮式移动机器人 输出约束 跟踪控制 积分障碍李雅普诺夫函数
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管道机器人磁轮机构的设计与优化
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作者 徐向前 张波 《机械设计》 北大核心 2025年第6期165-173,共9页
针对磁轮吸附式管道机器人在铁碳管道中吸附力稳定性差、磁利用效率低的问题,基于磁路设计的基本原理及Halbach阵列的理论提出4种不同充磁方式的磁轮,进行管道机器人磁轮机构设计与优化。采用Halbach阵列磁轮设计了一种永磁吸附式管道... 针对磁轮吸附式管道机器人在铁碳管道中吸附力稳定性差、磁利用效率低的问题,基于磁路设计的基本原理及Halbach阵列的理论提出4种不同充磁方式的磁轮,进行管道机器人磁轮机构设计与优化。采用Halbach阵列磁轮设计了一种永磁吸附式管道检测机器人,对机器人在管道中两种危险工况下进行静力学分析。采用COMSOL软件对4种不同充磁方式磁轮的磁特性进行仿真,分析了磁轮结构参数对磁轮吸附效率的影响,确定了磁轮的最优结构参数。优化后,单个磁轮在转动过程中产生的最小吸附力达32.6 N,磁利用率提高了9.2%。样机试验结果表明:机器人可安全地在直径为350 mm管道内工作,验证了静力学分析和磁轮优化结果的正确性。 展开更多
关键词 环形Halbach阵列 磁轮 管道检测机器人 吸附力 优化设计
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