尋線搬運機(jī)器人模型及其控制系統(tǒng)設(shè)計含開題及6張CAD圖

尋線搬運機(jī)器人模型及其控制系統(tǒng)設(shè)計含開題及6張CAD圖,搬運,機(jī)器人,模型,及其,控制系統(tǒng),設(shè)計,開題,cad 自主移動機(jī)器人跟蹤的自適應(yīng)動態(tài)控制器 摘要 ?? 本文提出了一種自適應(yīng)控制器像在移動機(jī)器人軌跡跟蹤指導(dǎo)的獨輪車。最初，線性和角速度的期望值產(chǎn)生，只考慮機(jī)器人的運動學(xué)模型。其次，這種價值觀念被處理以補償機(jī)器人動力學(xué)，從而產(chǎn)生交付給機(jī)器人執(zhí)行器線性和角速度的命令。參數(shù)機(jī)器人動力學(xué)特征的更新上線，從而提供更小的錯誤，更好地應(yīng)用這些參數(shù)變化性能，如交通負(fù)荷。整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析利用Lyapunov理論和控制錯誤被證明是最終有界。仿真和實驗結(jié)果還提出，這表明了對建議的軌跡跟蹤控制在不同的負(fù)載條件下的表現(xiàn)良好。 1 導(dǎo)言 ?? 在不同的移動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，像平臺獨輪車一些國家往往通過完成不同的任務(wù)，由于其良好的流動性和簡單的配置。非線性這種類型的機(jī)器人使用已經(jīng)好幾年，這種機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)的研究已被用于多種應(yīng)用，如監(jiān)測和地面清洗。其它應(yīng)用，如工業(yè)負(fù)荷運輸，使用自動引導(dǎo)車輛（AGV）自動公路維修和建設(shè)，自主輪椅，還利用了獨輪車狀結(jié)構(gòu)。有些作者討論了軌跡跟蹤的問題，一個相當(dāng)重要的功能，使移動機(jī)器人來跟蹤理想的軌跡時，完成任務(wù)。 ? ?在自動導(dǎo)引車系統(tǒng)的非線性控制的重要問題是，迄今為止，控制器的設(shè)計是基于移動機(jī)器人運動學(xué)。 但是，當(dāng)高速運動和重負(fù)荷交通運輸需要，就必須在考慮機(jī)器人動力學(xué)，除了其運動學(xué)。因此，一些控制器補償機(jī)器人動力學(xué)已被提出。作為一個例子，菲耶羅和Lewis（1995）提出了結(jié)合運動學(xué)/力矩控制法的非完整移動機(jī)器人考慮到車輛動力學(xué)模型。那個控制命令，他們用的扭矩，這是難以應(yīng)付當(dāng)大多數(shù)與商業(yè)有關(guān)的機(jī)器人。此外，只有仿真結(jié)果的報告。菲耶羅和劉易斯（1997年）也提出了魯棒自適應(yīng)控制器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理干擾和非動力學(xué)模型，雖然沒有報告實驗結(jié)果。Das（2006年）顯示，自適應(yīng)模糊邏輯為基礎(chǔ)的控制器，其中的不確定性估計一模糊邏輯系統(tǒng)及其參數(shù)調(diào)整在網(wǎng)上。動態(tài)模型，包括執(zhí)行器動態(tài)，由控制器生成的命令是為機(jī)器人的電機(jī)電壓。 在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被用于識別和控制，控制信號，線性和角速度，但他們的解決方案實時實現(xiàn)，需要一個高性能計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，多處理器系統(tǒng)為基礎(chǔ)。 ?? ?另一方面，de la Cruz和Carelli（2006）提出了一個動態(tài)模型作為投入使用線性和角速度，并表現(xiàn)了軌跡跟蹤控制器設(shè)計的模型。他們控制的一個優(yōu)勢是，它的參數(shù)有直接關(guān)系的機(jī)器人參數(shù)。 但是，如果參數(shù)不正確認(rèn)識，或者他們與時間的變化，例如，由于負(fù)荷變化，其控制器的性能將受到嚴(yán)重影響。為了減少性能下降，在線參數(shù)調(diào)整，就變得很重要的應(yīng)用中，機(jī)器人的動態(tài)參數(shù)可能會有所不同，如負(fù)載運輸。??這也是有用的動態(tài)參數(shù)知識是有限的，或者不存在。本文的自適應(yīng)軌跡跟蹤的機(jī)器人動力學(xué)為基礎(chǔ)的控制器提出，它的穩(wěn)定性證明利用Lyapunov理論。 控制器的設(shè)計分為兩部分，每一部分是一個控制器本身。第一個是運動控制器，它是在機(jī)器人運動學(xué)為基礎(chǔ)的，第二個是一個動態(tài)的控制，這是對機(jī)器人動力學(xué)為基礎(chǔ)。動態(tài)控制器能夠更新估計參數(shù)，它直接關(guān)系到機(jī)器人的物理參數(shù)。兩個控制器一起形成一個完整的軌跡跟蹤的移動機(jī)器人控制器。該控制器的設(shè)計基礎(chǔ)上的獨輪車模型，如移動機(jī)器人，de la Cruz和Carelli擬議的第S -修改長期應(yīng)用于參數(shù)更新的法則，以防止可能的參數(shù)漂移。 兩者的運動學(xué)和動力學(xué)控制漸近穩(wěn)定性證明。仿真結(jié)果表明，參數(shù)漂移，甚至不會出現(xiàn)在系統(tǒng)的長期工程。對于這樣的控制器實驗結(jié)果還介紹表明，該控制器是能夠更新其參數(shù)，以減少跟蹤誤差。實驗與交通負(fù)荷的情況，并給出了處理，結(jié)果表明，該控制器是引導(dǎo)機(jī)器人遵循一個非常小的錯誤期望的軌跡甚至可當(dāng)其變化動態(tài)參數(shù)。 該文件的主要貢獻(xiàn)是：（1）一個用動態(tài)模型的輸入命令的速度，這是通常在商用移動機(jī)器人，而在涉及扭矩命令的文學(xué)作品中；（2）與一個S -修改來說，這使得它的自適應(yīng)魯棒控制器設(shè)計，與整個相應(yīng)的穩(wěn)定性研究自適應(yīng)控制系統(tǒng)，以及（3）實驗顯示在一個典型的工業(yè)應(yīng)用的控制器具有良好的表現(xiàn)，即裝載運輸介紹。 2 動態(tài)模型 ?? 在本節(jié)中，該獨輪車動態(tài)模型，如移動由克魯斯和Carelli（2006）提出的機(jī)器人進(jìn)行審查。圖1描述移動機(jī)器人，它的參數(shù)和感興趣的變量。 U和O的線性和角度的機(jī)器人，分別對應(yīng)的速度，G是機(jī)器人的重心，C是小輪的位置，E是一種工具，機(jī)上的機(jī)器人的位置，h是點感興趣的坐標(biāo)x和在xy Y軸，C是機(jī)器人的前進(jìn)方向和之間有利益點和連接虛擬軸中心點的距離牽引輪（B點）。完整的數(shù)學(xué)模型被寫為 uref和oref是線性和角速度，分別為所需的值，并代表該系統(tǒng)的輸入信號。??一個確定的參數(shù)向量和向量參數(shù)，不確定性是與上述型號的機(jī)器人，它們分別是 圖1 雙輪樣移動機(jī)器人 這里dx和dy是滑移速度職能和機(jī)器人定位，Do和Du是慣性參數(shù)，車輪和輪胎直徑的電機(jī)和伺服系統(tǒng)，車輪上，等等力參數(shù)被視為干擾。 ? 該方程描述的參數(shù)h的首先提出，并在這里為方便起見轉(zhuǎn)載。他們是 應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，參數(shù)Y3和Y5，將是無效，當(dāng)且僅當(dāng)中心G與接牽引車輪的虛擬軸中心點是完全相同的。本文假定B6= 0。 個機(jī)器人的模型，介紹了如1劃分靜態(tài)和動態(tài)部分，如圖2所示。因此，實施兩個控制器，反饋線性化的基礎(chǔ)上，或兩者兼而有之的機(jī)器人運動學(xué)和動力學(xué)模型。 3運動控制器 3.1設(shè)計 該運動控制器的設(shè)計是基于運動學(xué)模型的機(jī)器人，假設(shè)干擾是一個零向量。從機(jī)器人運動學(xué)模給出 它的輸出是感興趣的點的坐標(biāo)，這里，所以： 注2：整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性將再次在下一節(jié)，其中自適應(yīng)動態(tài)控制器添加到運動控制器，以執(zhí)行圖整個管制計劃。 4自適應(yīng)動態(tài)控制器 4.1設(shè)計 動態(tài)控制器接收來自運動控制器對線性和角速度參數(shù)，生成另一種線性和角速度付給機(jī)器人伺服系統(tǒng)，如圖2所示。 自適應(yīng)的動態(tài)控制器的設(shè)計是基于參數(shù)化動態(tài)模型的機(jī)器人。忽略了干擾條件和做為方程動態(tài)的一部分。式子1是： 重新安排的規(guī)定，線性參數(shù)化動力學(xué)方程可以表示為 這也可以寫成 注4：重要的是，一非完整移動機(jī)器人必須面向根據(jù)切線路徑軌跡跟蹤與小錯誤軌跡。否則，控制失誤會增加。這是因為非完整平臺限制的機(jī)器人開發(fā)的線速度方向。所以，如果機(jī)器人的方向不是相切軌跡，對每一個瞬間所需位置的距離將增加。事實上，控制誤差收斂到一個有界值表明，機(jī)器人化并不需要明確控制，將相切軌跡路徑，對照錯誤仍然很小。 5 驗結(jié)果 為了顯示控制器性能的若干建議實驗和模擬被解決。一些結(jié)果載于本節(jié)。擬議控制器實施一先鋒3DX移動機(jī)器人，它將性和角速度作為輸入?yún)⒖夹盘?，并在圖2中距離b是非零。 一個先鋒2DX機(jī)器人的動態(tài)參數(shù)，稱重約10公斤（其中獲得通過識別）。這兩個機(jī)器人如圖3，其中的先鋒3DX 光傳感器約6千克在自己的平臺，這使得它的動力顯著的不同于先鋒2 –DX。 在實驗中，機(jī)器人在x =0.2米和y = 0.0米開始，并應(yīng)遵守通告的參考軌跡。該參考圓心在x =0.0米和y = 0.8米參考軌跡開始在x = 0.8和y = 0.8米，并遵循一個圓圈具有0.8米的半徑經(jīng)過50秒，參考軌跡突然更改為半徑0.7米的圓之后，參考軌跡之間交替的半徑0.7 0.8/秒。圖4列出的參考和完整的實驗，包括在部分軌道半徑變化的實際機(jī)器人軌跡。在這種情況下，參數(shù)更新活躍。 圖5顯示使用實驗的距離誤差建議控制器，無參數(shù)的更新，以按照描述的參考軌跡。距離誤差定義為參考和機(jī)器人之間的的位置瞬時距離。注意高初始錯誤，這是由于事實，即參考軌跡在一個點，就是遠(yuǎn)離最初的機(jī)器人位置開始。首先，建議的控制器進(jìn)行了測試，沒有更新參數(shù)。圖5可以看出，在這種情況下，軌跡跟蹤誤差約為0.17米不變，即使在以后的參考軌跡的半徑變化穩(wěn)態(tài)值。這個數(shù)字還顯示出了在其中的動態(tài)參數(shù)更新的情況距離誤差。在實驗中使用的機(jī)器人，通過激活參數(shù)更新和重復(fù)同樣的實驗中，軌跡跟蹤誤差可達(dá)到較小的值。 圖3 用于實驗中的機(jī)器人 圖4 部分參考和真正的圓形軌道 圖5 距離誤差與實驗 6結(jié)論 ?? 自適應(yīng)軌跡跟蹤控制的獨輪車，如移動機(jī)器人的設(shè)計和充分參與這一工作的測試。這種控制器分為兩部分，分別是關(guān)于機(jī)器人的運動學(xué)和動力學(xué)模型為基礎(chǔ)。該模型將機(jī)器人的線性和角速度作為輸入?yún)⒖夹盘?，這是通常的商業(yè)機(jī)器人。這被認(rèn)為是一個參數(shù)更新為控制器的動態(tài)組成部分的法則，提高了系統(tǒng)的性能。 一長期被列入限制法則，以防止可能的參數(shù)漂移。穩(wěn)定性基于Lyapunov理論的分析，為進(jìn)行運動學(xué)和動力學(xué)控制器。在過去的穩(wěn)定性證明考慮參數(shù)更新的法則。實驗結(jié)果顯示了對應(yīng)用到移動機(jī)器人實驗提出的軌跡跟蹤控制性能良好。 一項長期的仿真結(jié)果也表明，提出更新的參數(shù)收斂即使系統(tǒng)的長期工程。結(jié)果證明，這種控制器是跟蹤一個小的距離時，動態(tài)參數(shù)錯誤適應(yīng)期望的軌跡的重要性行參數(shù)更新的情況作了說明。任務(wù)中，機(jī)器人的參數(shù)不完全知道發(fā)生或可能發(fā)生變化。一個建議的控制器可能的用途是用于裝載運輸所用的工業(yè)自動導(dǎo)引車系統(tǒng)，因為參數(shù)將保持適應(yīng)性，即使在機(jī)器人中的重大變化的情況下也會減小跟蹤誤差。