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平衡摇臂式移动机器人姿态控制算法

刘本勇 高峰 姜惠 张彬

郭霖瀚, 康锐. 基本作战单元修复性维修过程建模仿真[J]. 北京航空航天大学学报, 2007, 33(01): 27-31.
引用本文: 刘本勇, 高峰, 姜惠, 等 . 平衡摇臂式移动机器人姿态控制算法[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(2): 391-398. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0111
Guo Linhan, Kang Rui. Base operational unit corrective maintenance process modeling and simulation[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2007, 33(01): 27-31. (in Chinese)
Citation: LIU Benyong, GAO Feng, JIANG Hui, et al. Attitude control algorithm of balancing-arm mobile robot[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(2): 391-398. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0111(in Chinese)

平衡摇臂式移动机器人姿态控制算法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0111
基金项目: 

国家自然科学基金 51675027

"十三五"重大专项 2016YFD0700503-1

详细信息
    作者简介:

    刘本勇  男, 硕士研究生。主要研究方向:特种车辆

    高峰  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:智能车辆与特种车辆

    通讯作者:

    高峰, E-mail:gaof@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: TP242.6

Attitude control algorithm of balancing-arm mobile robot

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51675027

The 13th Five Years Major Project 2016YFD0700503-1

More Information
  • 摘要:

    以具有平衡摇臂机构的移动机器人为研究对象,设计一种基于非线性规划遗传算法的姿态控制算法,提高越障过程中工作平台的平稳性。首先简化平衡摇臂机构并定义表征移动机器人空间状态的姿态参数。利用空间机构学位姿变换方程推导出所定义的空间姿态参数与轮心相对位置之间的数学关系。然后设计非线性规划遗传算法,以移动机器人稳定性条件为约束设计遗传算法适应度函数并求解目标姿态控制参数。为验证所设计的姿态控制算法,在ADAMS软件中搭建移动机器人三维模型和障碍路面模型,并联合MATLAB/Simulink对移动机器人进行了运动学仿真。仿真结果表明在该姿态算法的控制下,与不施加主动姿态控制相比较,移动机器人通过搭建的障碍路面时最大侧倾角由10.8°降低到了1.8°,质心高度变化幅值度由96.4 mm降低到了34.9 mm,证明了姿态控制算法的有效性。

     

  • 图 1  平衡摇臂式移动机器人简化模型

    Figure 1.  Simplified model of balancing-arm mobile robot

    图 2  平衡摇臂式移动机器人空间坐标系

    Figure 2.  Space coordinate system of balancing-arm mobile robot

    图 3  机器人主体坐标系与空间绝对坐标系的位置关系

    Figure 3.  Position relationship between robot body coordinate system and space absolute coordinate system

    图 4  平衡摇臂机构简图

    Figure 4.  Schematic diagram of mechanism with balancing-arm

    图 5  姿态控制算法框图

    Figure 5.  Block diagram of attitude control algorithm

    图 6  非线性规划遗传算法框图

    Figure 6.  Block diagram of nonlinear programming genetic algorithm

    图 7  平衡摇臂式移动机器人结构尺寸参数

    Figure 7.  Structural dimension parameters of balancing-arm mobile robot

    图 8  轮心相对位置随时间变化

    Figure 8.  Variation of wheel centret relative position with time

    图 9  姿态调整机构演示图

    Figure 9.  Mechanism demonstration for attitude adjusting

    图 10  侧倾角随时间变化关系

    Figure 10.  Variation of roll angle with time

    图 11  质心高度随时间变化关系

    Figure 11.  Variation of height of mass center with time

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-02
  • 录用日期:  2017-04-06
  • 网络出版日期:  2018-02-20

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