收藏本站
《西安理工大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

轮式移动机器人移动性能研究及样机设计开发

上官望义  
【摘要】: 轮式移动机器人(WMR, Wheeled Mobile Robot)机械系统的研究涉及到运动学、动力学机构学等相关学科,是移动机器人精确控制的基础;既定设计用途的移动机器人总是建立在具体机械结构之上,其移动性能直接影响到机器人性能表现和功能发挥。本论文主要围绕轮式移动机器人移动性能进行研究,并设计开发了四轮差速转向构型和三轮前轮操舵驱动构型移动机器人样机。 (1)利用移动机器人中常用车轮在轮面方向和轴线方向的速度受限方程,建立由多个车轮驱动和支撑的移动机器人速度堆积方程组;通过对堆积方程组的分析,归纳影响移动机器人移动能力的约束条件;从堆积方程组中提取的偏心转向轮速度方程证明了偏心转向轮作为自由轮时,其数量的增加并不会影响移动机器人的移动能力;从堆积方程组中提取的速度正解和逆解方程,表明了机器人运动状态量和车轮运动状态量之间的关系。 (2)在对两种典型构型移动机器人运动学分析基础上,开发了两种构型的物理样机:差速转向构型样机XAUT. AGV100和操舵转向构型样机XAUT. AGV5000,主要针对转向原理、设计方案、驱动系统开发、控制和导航系统进行了研究。对于四轮差速转向构型,针对常用的自由轮缓冲系统提供了改进设计方法;在建立移动机器人动力学模型上,对移动机器人的驱动系统进行了开发;针对具体构型样机,导出了航位推算公式,获得了运动控制量算法。 (3)一般路径曲线在过渡段连接点位置几何参数不连续,需要移动机器人驱动电机速度和转向电机位置实现跳变,受限于电机动力学性能,这种路径无法可靠地跟踪,从而影响了机器人的移动性能。论文第五章在笛卡尔坐标系中建立了一种连续曲率曲线,保证了机器人驱动电机和转向电机在这种路径连接位置处速度能够连续变化,从动力学方面保证了对电机的可控性。 (4)移动机器人运行在实际路面上,车轮—路面接触因素决定的横滑因素对机器人的运动性能有很大影响。论文第六章对三轮式前轮操舵构型移动机器人的横滑特性进行了研究,在对移动机器人稳态圆运动建立动力学模型基础上,通过实验平台测量得到动力学模型求解所需的机器人运动参数,最后利用牛顿—拉夫森方法对动力学方程组进行了迭代求解,得到了实验样机在一定实验条件下的横滑刚度参数。论文提供的横滑刚度测量方法对移动机器人相关研究具有参考价值。 (5)移动机器人运动中会受到横向冲击影响,如冲击力、横向风力、或者路面随机突起。论文在对移动机器人横滑特性研究基础上,针对三轮式前轮操舵构型移动机器人直线运动中的方向稳定性问题进行了研究,通过对机器人平面运动微分方程的求解和分析,得到了机器人直线运动的方向稳定性条件。根据该条件,对所开发样机XAUT. AGV5000的方向稳定性进行了校核,并通过实验进行了验证。 论文中所讨论的运动学和动力学方法在所开发的样机设计中已得到体现,针对移动性能和路径跟随性能的研究和实验已通过所开发的样机得到验证,目前所开发的两个样机已分别投入到工程应用和科研教学中,为轮式移动机器人的应用和相关技术研究提供了可靠基础。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP242

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谷东兵,宋正勋,胡豁生,布雷德·麦克;移动机器人的局部路径规划与控制[J];兵工学报;2000年01期
2 许松清;吴海彬;杨兴裕;;两轮驱动移动机器人的运动学研究[J];电子机械工程;2005年06期
3 杨兵;江宏寿;张洪;;狙击手克星——反狙击机器人Packbot[J];国防;2007年11期
4 刘春阳;金学奇;程文刚;;基于Bezier曲线模型的移动机器人路径规划算法[J];华北电力大学学报;2006年04期
5 柳长安;李国栋;刘春阳;;差动驱动式移动机器人的运动规划[J];哈尔滨工业大学学报;2003年09期
6 徐国华,谭民;移动机器人的发展现状及其趋势[J];机器人技术与应用;2001年03期
7 艾海舟,张钹;基于拓扑的路径规划问题的图形解法[J];机器人;1990年05期
8 付庄,刘成良,殷跃红,曹其新,马培荪;轮式移动机器人WMR的运动分析[J];机器人;2001年S1期
9 童峰,许天增;一种移动机器人超声波导航系统[J];机器人;2002年01期
10 张卫星,陈卫东,秦志强;一个多机器人制造系统的设计与实现[J];机器人;2003年05期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 冯文镛;物品自动运送机器人(ACR)原型系统控制体系结构研究[D];浙江大学;2001年
2 林义忠;自主轮式移动机器人信号检测与智能控制[D];西安理工大学;2006年
3 史恩秀;轮式移动机器人的运动控制及定位方法研究[D];西安理工大学;2006年
4 沈猛;轮式移动机器人导航控制与路径规划研究[D];西北工业大学;2006年
5 王仲民;移动机器人路径规划及轨迹跟踪问题研究[D];河北工业大学;2006年
6 任殿波;自动化公路系统车辆纵横向控制[D];西南交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 高丽宏;移动机器人的路径规划和避障控制[D];大连理工大学;2002年
2 向静波;移动机器人的路径规划与控制研究[D];西北工业大学;2004年
3 王玉峰;自主移动机器人地图构建、探索及定位研究[D];大连理工大学;2004年
4 刘旭;智能移动机器人路径规划及仿真[D];南京理工大学;2004年
5 张荣辉;视觉引导区域交通智能车辆(CyberCar)导航控制器设计[D];吉林大学;2006年
6 常胜;四轮转向汽车列车横向稳定性研究[D];吉林大学;2007年
7 王宇娜;两轮电动车系统设计[D];上海交通大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 金旭星;;防盗逃生两用窗的创新设计[J];安防科技;2011年07期
2 汪涌;龚光军;;模型(汽车)试验低速风洞设计[J];安徽职业技术学院学报;2011年01期
3 边铭瑞;丁品先;;汽车曲线制动工况的轴间动态制动力分配数学模型[J];安徽工学院学报;1989年01期
4 李伯峰;韩永法;;7CBY—1型挂车液压制动装置的设计[J];安徽工学院学报;1991年01期
5 王其东;羊拯民;;数值方法在汽车性能预测中的应用[J];安徽工学院学报;1992年01期
6 方锡邦;;对汽车制动效能评价标准的探讨[J];安徽工学院学报;1992年04期
7 周娟;钱稷;李中勇;;基于单片机的温室大棚智能清洁机设计[J];安徽农业科学;2009年16期
8 刘鼎军;;拖拉机散热器的功能和使用探析[J];现代农业科技;2009年17期
9 侯海云;;钢厂物流管理策略[J];辽宁科技大学学报;2008年05期
10 葛友刚;贾志绚;李捷;董永富;;基于ADAMS/Car的车辆频率响应仿真分析[J];辽宁科技大学学报;2012年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 龙威;赵彬;;精密空气静压导轨组件传动系统的设计与分析[A];第十五届流体动力与机电控制工程学术会议论文集[C];2011年
2 魏道高;乔明侠;周福庚;吕召全;;汽车转向轮主销内倾角设计计算[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
3 唐自玉;朱华炳;刘光复;胡有树;;后桥壳生产物流系统计算机辅助规划[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
4 任国清;;HFC6700轻型客车制动过程的仿真计算[A];安徽省第五届“兴皖之光”青年学术年会论文集(工科卷)[C];2005年
5 王莉;杜家政;;基于状态反馈极点配置的4WS系统设计及仿真[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
6 严思炜;郝世强;;浅谈离合器分泵支架优化设计[A];“2011西部汽车产业·学术论坛”暨四川省汽车工程学会四届第九次学术年会论文集[C];2011年
7 黄睿;;主副一体整体式车架的改进[A];“2011西部汽车产业·学术论坛”暨四川省汽车工程学会四届第九次学术年会论文集[C];2011年
8 葛榕;秦东晨;徐一村;;面向空气悬架大客车操稳性的多体动力学建模与仿真研究[A];第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集(下)[C];2011年
9 薛玉春;萩原一郎;张义民;;混合动力电动汽车的振动建模与仿真研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 胡峰;王硕;;基于Bezier曲线的多无人机路径规划算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王作为;具有认知能力的智能机器人行为学习方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 毛宇峰;水下机器人系统体系结构及避障控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 查云飞;类菱形车转向系统研究与分析[D];湖南大学;2010年
4 童伟;整体耦合式消扭悬架系统原理及其运动学和动力学研究[D];华南理工大学;2010年
5 姚廷强;球轴承多体接触动力学研究[D];昆明理工大学;2009年
6 陈家乾;移动机器人自主创建环境地图的研究[D];浙江大学;2009年
7 周巍;煤矿井下搜救探测机器人的路径规划及轨迹跟踪控制研究[D];太原理工大学;2011年
8 李皓玉;车辆与路面相互作用下路面结构动力学研究[D];北京交通大学;2011年
9 刘永强;基于磁流变阻尼器的高速动车组半主动控制与时滞分析[D];北京交通大学;2011年
10 路永婕;重载汽车与路面相互作用动力学研究[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪步云;水下作业机械手抓取力伺服控制的研究[D];安徽工程大学;2010年
2 詹峰;井下煤仓清仓机器人机械臂结构设计与新型清仓技术研究[D];山东科技大学;2010年
3 于张喜;立式刨切机机构设计优化[D];山东科技大学;2010年
4 姜波;挠性驱动盘疲劳试验台的研制[D];长春理工大学;2010年
5 王禹;双质量飞轮扭转疲劳试验台的研究[D];长春理工大学;2010年
6 宋波;转向器摆锤冲击试验机[D];长春理工大学;2010年
7 齐晓飞;基于路径识别的机器人视觉导航技术的研究[D];长春理工大学;2010年
8 李志欣;智能轮式移动机器人的控制系统设计[D];辽宁师范大学;2010年
9 王立;面向非结构化地形的六足步行机器人运动规划研究[D];浙江理工大学;2010年
10 胡宇龙;自由节曲线非圆齿轮引纬机构运动学反求设计与试验[D];浙江理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李素蓉;机器人技术展望[J];兵工自动化;1999年02期
2 谷东兵,宋正勋,胡豁生,布雷德·麦克;移动机器人的局部路径规划与控制[J];兵工学报;2000年01期
3 赵丁选,王卓,张景波;车辆换挡过程的变结构前馈模糊控制系统仿真[J];兵工学报;2003年03期
4 战强,丑武胜;结构环境中多机器人无冲突运动规划的研究[J];北京航空航天大学学报;2002年02期
5 续爽,贾云得;一种基于意图跟踪和强化学习的agent模型[J];北京理工大学学报;2004年08期
6 王然,陈思忠,吴志成;4WS技术及应用前景[J];北京汽车;2000年03期
7 张硕生,余达太;轮式移动操作机器人的动力学模型[J];北京石油化工学院学报;2002年02期
8 周露,闻新;一种新的自适应状态观测器设计方法[J];北京师范大学学报(自然科学版);1998年04期
9 李秉玺,赵忠,孙照鑫;磁阻传感器的捷联式磁航向仪及误差补偿[J];传感技术学报;2003年02期
10 孙华,陈俊风,吴林;多传感器信息融合技术及其在机器人中的应用[J];传感器技术;2003年09期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 张可;车辆导航系统关键技术研究[D];北京工业大学;2001年
2 李玉榕;信息融合与智能处理的研究[D];浙江大学;2001年
3 冯文镛;物品自动运送机器人(ACR)原型系统控制体系结构研究[D];浙江大学;2001年
4 臧传德;船舶航行的智能预测控制研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
5 张智焕;复杂系统预测控制算法及其应用研究[D];浙江大学;2002年
6 庄严;移动机器人基于多传感器数据融合的定位及地图创建研究[D];大连理工大学;2004年
7 游峰;智能车辆自动换道与自动超车控制方法的研究[D];吉林大学;2005年
8 胡终须;非完整移动机器人的鲁棒控制研究[D];华南理工大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王田;车载组合导航系统误差修正方法研究[D];国防科学技术大学;2002年
2 张宏烈;移动机器人全局路径规划的研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
3 赵梦欣;倒立摆的非线性动力学与控制的研究[D];北京工业大学;2003年
4 吴筱苏;AGV的视觉引导及其控制策略研究[D];合肥工业大学;2003年
5 季画;永磁同步电机调速系统矢量控制的研究[D];南京航空航天大学;2004年
6 向静波;移动机器人的路径规划与控制研究[D];西北工业大学;2004年
7 王玉峰;自主移动机器人地图构建、探索及定位研究[D];大连理工大学;2004年
8 毕胜;AGV控制器设计与融合[D];吉林大学;2004年
9 刘旭;智能移动机器人路径规划及仿真[D];南京理工大学;2004年
10 郑向阳;自主式移动机器人路径规划研究[D];浙江大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 龚建伟,高峻尧,陆际联;轮式移动机器人大转向航向跟踪控制[J];北京理工大学学报;2001年06期
2 付庄,刘成良,殷跃红,曹其新,马培荪;轮式移动机器人WMR的运动分析[J];机器人;2001年S1期
3 曹洋,项龙江,徐心和;基于全局视觉的轮式移动机器人轨迹跟踪控制[J];机器人;2004年01期
4 赵涛;李俊;周良荣;;一种简单的轮式移动机器人控制器设计[J];燕山大学学报;2008年04期
5 胡文忻;;基于80C51单片机的轮式移动机器人控制系统[J];知识经济;2009年05期
6 董文杰,霍伟;受非完整约束移动机器人的跟踪控制[J];自动化学报;2000年01期
7 王友权;周俊;姬长英;翟力欣;;农用轮式移动机器人灰色预测控制[J];农业机械学报;2008年12期
8 郭建明;田献军;刘清;;基于模糊神经网络的移动机器人轨迹实时跟踪[J];武汉理工大学学报;2009年08期
9 马保离;;基于观测器的轮式移动机器人路径跟踪控制[J];控制理论与应用;2007年05期
10 张捍东;张彬;岑豫皖;;移动机器人轨迹跟踪的参数自校正控制[J];自动化与仪表;2008年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谢文静;马保离;;不确定轮式移动机器人的自适应集合镇定[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
2 郑效光;庄严;王伟;;基于导航评价函数的非完整轮式移动机器人路径规划[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 沈杰;方潇;刘建平;;轮式移动机器人路径跟踪问题的一种简化算法[A];逻辑学及其应用研究——第四届全国逻辑系统、智能科学与信息科学学术会议论文集[C];2008年
4 王仲民;岳宏;刘继岩;;基于复合形法机器人轨迹跟踪模糊控制器优化[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
5 田海波;方宗德;寇发荣;;一种六轮行星探测车的结构及其准静态分析[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第三届学术会议论文集[C];2006年
6 范永;徐国华;谭民;;轮式移动机器人协调运动控制的研究[A];2000中国控制与决策学术年会论文集[C];2000年
7 俞其江;刘士荣;;基于改进RBFNN与滑模控制的移动机器人跟踪控制[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年
8 薛颂东;曾建潮;杜静;;具运动学特性约束的群机器人目标搜索[A];2009中国控制与决策会议论文集(2)[C];2009年
9 李慨;岳宏;赵海文;蔡鹤皋;;视觉传感轮式管道环焊机器人的焊缝跟踪系统[A];第二十四届中国控制会议论文集(下册)[C];2005年
10 安秋;周俊;姬长英;;基于CAN总线的农业轮式移动机器人[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者李华;第11届青少年机器人竞赛拉开帷幕[N];山西科技报;2010年
2 记者 刘湘竹;第五届市青少年 机器人竞赛昨举行[N];大连日报;2011年
3 记者 崔凌云;2011中国机器人大赛在兰开幕[N];兰州日报;2011年
4 邹冰洋;第八届全国青少年机器人竞赛精彩纷呈[N];大众科技报;2008年
5 记者 倪鸿明;第四届云南省机器人竞赛在大理举行[N];云南经济日报;2007年
6 本报记者 缪琴;成都娃包揽VEX机器人挑战赛三金[N];成都日报;2010年
7 本报记者 解悦通讯员 樊忠卫;青少年科学工作室里“玩”出学问[N];南京日报;2007年
8 记者 胡宇芬通讯员 余佳桂;第八届中国青少年机器人竞赛落幕[N];湖南日报;2008年
9 首席记者 高淑华;中国青少年机器人联赛辽宁赛区比赛我市获4金6银[N];盘锦日报;2008年
10 段哲浩;第八届中国青少年机器人竞赛落幕[N];云南科技报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 上官望义;轮式移动机器人移动性能研究及样机设计开发[D];西安理工大学;2009年
2 常江;非完整轮式移动机器人的运动控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
3 周俊;农用轮式移动机器人视觉导航系统的研究[D];南京农业大学;2003年
4 武星;视觉导航的轮式移动机器人运动控制技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 王鸿鹏;复杂环境下轮式自主移动机器人定位与运动控制研究[D];南开大学;2009年
6 林义忠;自主轮式移动机器人信号检测与智能控制[D];西安理工大学;2006年
7 史恩秀;轮式移动机器人的运动控制及定位方法研究[D];西安理工大学;2006年
8 祝晓才;轮式移动机器人的运动控制[D];国防科学技术大学;2006年
9 马海涛;非完整轮式移动机器人的运动控制[D];中国科学技术大学;2009年
10 韩光信;控制受限的非完整轮式移动机器人运动控制研究[D];吉林大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李尧;竞速轮式移动机器人系统的开发研究[D];兰州理工大学;2011年
2 罗雨;基于多信息融合的轮式移动机器人定位导航技术研究[D];北京理工大学;2011年
3 费晓曦;多轮独立驱动轮式移动机器人驱动控制研究[D];国防科学技术大学;2011年
4 李志欣;智能轮式移动机器人的控制系统设计[D];辽宁师范大学;2010年
5 李小明;轮式移动机器人调速系统的控制研究[D];兰州交通大学;2011年
6 张瑞东;轮式移动机器人控制系统研究与实现[D];河北工程大学;2012年
7 李天旭;轮式移动机器人开放式控制系统研究[D];长春理工大学;2011年
8 龚根华;轮式移动机器人控制系统设计与研究[D];南京航空航天大学;2004年
9 Mahesh Kumar Isher;轮式移动机器人的多目标优化力分布的鲁棒性分析[D];哈尔滨工程大学;2012年
10 田从丰;基于强化学习的轮式移动机器人避障研究[D];东北大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026