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基于强化学习规则的两轮机器人自平衡控制 被引量：6
1
作者 阮晓钢 蔡建羡 陈静 《计算机测量与控制》 CSCD 北大核心 2009年第2期321-323,共3页
两轮机器人是一个典型的不稳定,非线性,强耦合的自平衡系统,在两轮机器人系统模型未知和没有先验经验的条件下,将强化学习算法和模糊神经网络有效结合,保证了函数逼近的快速性和收敛性,成功地实现两轮机器人的自学习平衡控制,并解决了... 两轮机器人是一个典型的不稳定,非线性,强耦合的自平衡系统,在两轮机器人系统模型未知和没有先验经验的条件下,将强化学习算法和模糊神经网络有效结合,保证了函数逼近的快速性和收敛性,成功地实现两轮机器人的自学习平衡控制,并解决了两轮机器人连续状态空间和动作空间的强化学习问题;仿真和实验表明:该方法不仅在很短的时间内成功地完成对两轮机器人的平衡控制,而且在两轮机器人参数变化较大时,仍能维持两轮机器人的平衡。 展开更多
关键词 强化学习 模糊神经网络 两轮机器人系统 平衡控制
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基于机器学习实现双轮机器人平衡控制的应用研究 被引量：3
2
作者 孙亮 甘飞梅 《计算机测量与控制》 CSCD 北大核心 2011年第12期2972-2974,共3页
为了有效地解决双轮机器人平衡控制问题,改善学习时间过长的问题,使双轮机器人具有自学习能力;将机器学习中强化学习算法应用于双轮机器人上,利用内部回归神经网络构造性能评价函数,设计了一种新型控制算法;该算法是一种不需要预测和辨... 为了有效地解决双轮机器人平衡控制问题,改善学习时间过长的问题,使双轮机器人具有自学习能力;将机器学习中强化学习算法应用于双轮机器人上,利用内部回归神经网络构造性能评价函数,设计了一种新型控制算法;该算法是一种不需要预测和辨识模型,在模型未知及没有先验经验的条件下,通过自身神经网络的在线学习,以实现对双轮机器人的自学习平衡控制;Matlab仿真以及物理实验表明:该方法能在短时间内成功实现对双轮机器人的自学习平衡控制,且在性能上优于其它学习算法。 展开更多
关键词 双轮机器人 机器学习 强化学习 内部回归神经网络
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滑模控制在两轮机器人平衡控制中的应用 被引量：2
3
作者 孙亮 孙启兵 《计算机测量与控制》 CSCD 北大核心 2010年第7期1543-1544,1568,共3页
针对两轮机器人平衡控制中鲁棒性要求较高的问题,设计了基于趋近律的滑模变结构控制器;首先对机器人的非线性模型进行线性化处理,再根据线性模型设计滑模控制器,并使用饱和函数的方法抑制系统的抖振,最后在MATLAB/Simulink上进行了仿真... 针对两轮机器人平衡控制中鲁棒性要求较高的问题,设计了基于趋近律的滑模变结构控制器;首先对机器人的非线性模型进行线性化处理,再根据线性模型设计滑模控制器,并使用饱和函数的方法抑制系统的抖振,最后在MATLAB/Simulink上进行了仿真实验,并与状态反馈控制器进行了比较;结果表明在参数摄动存在情况下,滑模控制器优于状态反馈控制器。 展开更多
关键词 两轮机器人 滑模控制 反馈控制
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可生长仿生学习算法在机器人平衡控制中的研究
4
作者 李福进 王志龙 +1 位作者 任红格 高建宇 《计算机测量与控制》 北大核心 2014年第4期1105-1107,共3页
针对两轮机器人的运动平衡控制问题,提出一种基于Q学习的生长细胞结构(GCS)网络的仿生学习算法;GCS网络除了具有SOM网络的竞争机制外,它还可以通过新神经元的不断生长,自组织地进行演化,Q学习算法是一种无模型强化学习算法,它可以改善... 针对两轮机器人的运动平衡控制问题,提出一种基于Q学习的生长细胞结构(GCS)网络的仿生学习算法;GCS网络除了具有SOM网络的竞争机制外,它还可以通过新神经元的不断生长,自组织地进行演化,Q学习算法是一种无模型强化学习算法,它可以改善学习能力,但是它只适用于状态离散化的控制系统中;将GCS网络的生长特性应用到Q学习算法中,通过网络输出的获胜神经元的信息来优化Q值,实现了状态连续系统的无模型控制,并且在两轮机器人上做了仿真实验;结果表明,当神经元数为12个时,机器人才开始受控,但是机器人本体的倾角振荡角度过大,位移不受控制;当神经元数增加到25个时,机器人本体的倾角在很小的角度范围内波动(大约0.2°),位移大约在0.05m的位置达到平衡,机器人的运动平衡达到了很好的控制效果。 展开更多
关键词 GCS网络 Q学习 仿生学习 运动平衡 两轮机器人
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双腿轮式机器人运动控制研究
5
作者 余坼操 马心知 +3 位作者 朱学军 杨旭东 赖惠鸽 杨爱迪 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期156-167,共12页
双腿轮式机器人融合了足式与轮式机器人的优势,展现出灵活性和高速高效特性。然而,精确控制这类机器人需要对运动学和动力学模型进行深入研究。此外,欠驱动、强耦合和非线性等控制难点也进一步加剧了机器人运动与自平衡控制的挑战。为... 双腿轮式机器人融合了足式与轮式机器人的优势,展现出灵活性和高速高效特性。然而,精确控制这类机器人需要对运动学和动力学模型进行深入研究。此外,欠驱动、强耦合和非线性等控制难点也进一步加剧了机器人运动与自平衡控制的挑战。为应对这一挑战,本文提出一种分布式动力学建模策略,分别对机器人的躯干及腿轮子系统进行了精确建模,保留了机器人的所有动力学特性,并据此设计出以腿轮末端输出力矩为控制目标的力矩解算器。随后,基于该模型创新性地提出一种全身力矩控制框架,旨在实现双腿轮式机器人的运动控制和动态平衡。为进一步提升其运动性能,还规划了多运动模式,并成功地集成到全身力矩控制系统中。在MATLAB环境下搭建了双腿轮式机器人仿真实验平台,设计了两种行走实验方案和3种不同跳跃高度的仿真实验。实验结果表明,行走速度误差小于0.09 m/s,跳跃高度误差控制在0.02 m以内,验证了控制策略的可行性。最后,搭建了腿轮融接型复合结构的双腿轮式机器人,成功开展了机器人多运动模式实验,进一步证实了机器人在运动控制作业中的高精度表现,其躯干高度误差在3.38 mm以内,俯仰角误差不超过0.04 rad。研究结果充分验证了分布式全身动力学建模的精确性以及全身力矩控制系统的有效性,为双腿轮式机器人的运动控制研究提供了新的理论框架和实践指导。 展开更多
关键词 双腿轮式机器人 分布式模型 力矩控制 运动控制
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自平衡机器人变论域模糊PID控制研究 被引量：29
6
作者 曹玉丽 史仪凯 +1 位作者 袁小庆 刘江 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2013年第2期347-350,共4页
针对两轮自平衡机器人的动态平衡控制问题,提出了一种可变论域模糊PID控制算法,对机器人体的倾斜角度设计了二级模糊控制器。由第一级模糊控制器利用论域伸缩因子来动态改变第二级模糊控制器的论域,实现了论域随自平衡控制系统要求进行... 针对两轮自平衡机器人的动态平衡控制问题,提出了一种可变论域模糊PID控制算法,对机器人体的倾斜角度设计了二级模糊控制器。由第一级模糊控制器利用论域伸缩因子来动态改变第二级模糊控制器的论域,实现了论域随自平衡控制系统要求进行自适应伸缩,能较好地解决自平衡系统控制规则数量与控制精度间的矛盾。仿真结果表明,变论域控制方法动态特性明显优于常规模糊PID控制,使机器人的平衡控制系统具有自适应能力强,实时控制性能好的特点。 展开更多
关键词 自平衡 两轮机器人 可变论域
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神经元PID控制器在两轮机器人控制中的应用 被引量：22
7
作者 孙亮 孙启兵 《控制工程》 CSCD 北大核心 2011年第1期113-115,共3页
针对两轮机器人传统PID控制器参数整定困难的问题,设计了一种神经元PID控制器。该控制器利用神经元的自学习和自适应能力,在线实时调整控制器各项参数。建立了两轮机器人的非线性模型,讨论了神经元PID控制系统的结构及其控制算法和各项... 针对两轮机器人传统PID控制器参数整定困难的问题,设计了一种神经元PID控制器。该控制器利用神经元的自学习和自适应能力,在线实时调整控制器各项参数。建立了两轮机器人的非线性模型,讨论了神经元PID控制系统的结构及其控制算法和各项控制器参数的学习算法。将设计的控制器其应用于两轮机器人的平衡控制中,并且与传统PID控制器进行了比较,仿真结果验证了控制器的正确性和有效性。将该控制器应用于两轮机器人物理系统,取得了良好效果。 展开更多
关键词 两轮机器人 自适应 神经元PID
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基于改进QPSO的两轮移动机器人区间二型模糊逻辑控制 被引量：13
8
作者 佃松宜 梁伟博 赵涛 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期261-268,共8页
以两轮移动机器人(TWMR)为对象,针对机器人的非线性模型分别设计控制机器人平衡和位置的区间二型模糊逻辑控制器(IT2 FLC).针对区间二型模糊规则中参数难以设定的问题,通过改进的量子粒子群算法(LTQPSO)优化区间二型模糊集参数,并给出... 以两轮移动机器人(TWMR)为对象,针对机器人的非线性模型分别设计控制机器人平衡和位置的区间二型模糊逻辑控制器(IT2 FLC).针对区间二型模糊规则中参数难以设定的问题,通过改进的量子粒子群算法(LTQPSO)优化区间二型模糊集参数,并给出优化算法的流程图.针对区间二型模糊逻辑控制器和一型模糊逻辑控制器(T1 FLC)对平衡和位置的控制效果进行对比.进一步考虑质量不确定和位置扰动对两种控制器控制效果的影响.仿真结果表明, IT2 FLC可以有效地达到设定的控制目标,与T1 FLC相比, IT2 FLC拥有更好的处理不确定性的能力以及更强的抗扰动能力. 展开更多
关键词 区间二型模糊逻辑 模糊集 不确定性 量子粒子群 优化 两轮移动机器人
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轮式移动机器人文献综述 被引量：8
9
作者 王晓芸 崔培 陈晓 《石家庄铁路职业技术学院学报》 2019年第2期66-70,共5页
根据车轮数目对轮式移动机器人进行了归类,分析了各类轮式移动机器人的研究现状,讨论了各类轮式移动机器人的移动机构及控制方式,对各类轮式移动机器人的性能、运动学分析方法和动力学建模方法进行了比较,总结了轮式移动机器人的发展方向。
关键词 轮式移动机器人 独轮机器人 双轮机器人 多轮机器人
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两轮机器人具有内发动机机制的感知运动系统的建立 被引量：11
10
作者 张晓平 阮晓钢 +1 位作者 肖尧 朱晓庆 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第8期1175-1184,共10页
针对两轮机器人运动平衡控制问题,为其建立起一种人工感知运动系统TWR-SMS(Two-wheeled robot sensorimotor system),使机器人在与环境的接触过程中可以通过学习自主掌握运动平衡技能.感知运动系统的认知系统以学习自动机为数学模型,引... 针对两轮机器人运动平衡控制问题,为其建立起一种人工感知运动系统TWR-SMS(Two-wheeled robot sensorimotor system),使机器人在与环境的接触过程中可以通过学习自主掌握运动平衡技能.感知运动系统的认知系统以学习自动机为数学模型,引入好奇心和取向性概念,设计了能够主动探索环境以及主动学习环境的内发动机机制.实验结果证明内发动机机制的引入不仅提高了机器人的自学习和自组织特性,同时能够有效避免小概率事件的发生,稳定性较高.与传统线性二次型调节器(Linear quadratic regulator,LQR)控制方法的对比实验表明系统具有更好的鲁棒性. 展开更多
关键词 两轮机器人 自平衡控制 感知运动系统 内发动机机制
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柔性双轮平衡机器人的动力学建模与分析 被引量：11
11
作者 李欣源 阮晓钢 任红格 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2010年第1期138-144,共7页
提出了一种柔性双轮平衡机器人,其机身具有以一段弹簧作为弹性阻尼的被动俯仰旋转关节.运用拉格朗日方法建立了此机器人在平面运动的动力学模型.基于此模型,首先证明了柔性双轮平衡机器人在直立平衡点不稳定和局部可控.其次,分析了关节... 提出了一种柔性双轮平衡机器人,其机身具有以一段弹簧作为弹性阻尼的被动俯仰旋转关节.运用拉格朗日方法建立了此机器人在平面运动的动力学模型.基于此模型,首先证明了柔性双轮平衡机器人在直立平衡点不稳定和局部可控.其次,分析了关节刚度对线性二次型最优姿态平衡控制系统的影响.结果显示,关节刚度减小在理论上能够加强系统的鲁棒性,却使得控制系统动态性能下降.本文提出的模型及相关分析为柔性双轮平衡机器人的设计和控制提供了一定理论依据. 展开更多
关键词 柔性 双轮平衡机器人 建模 可控性 动态性能
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带驱动直流电机两轮机器人运动系统仿真 被引量：7
12
作者 王牛 李祖枢 +1 位作者 李永龙 潘娅 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第17期4633-4638,4646,共7页
在两轮轮式机器人运动学特性以及直流电机系统的实际响应特性的基础上,分析了实际机器人的各个子系统。根据两轮机器人运动学特性建立了机器人运动模块,采用简化了的直流电机系统模型建立了电机及驱动模块,建立了给定限幅模块。这些模... 在两轮轮式机器人运动学特性以及直流电机系统的实际响应特性的基础上,分析了实际机器人的各个子系统。根据两轮机器人运动学特性建立了机器人运动模块,采用简化了的直流电机系统模型建立了电机及驱动模块,建立了给定限幅模块。这些模块构成了完整的带双闭环驱动直流电机系统的两轮机器人运动仿真系统。以RoboCup足球机器人系统作为验证平台,将提出的仿真系统、只采用理想运动学模型的仿真系统、带有二阶电机系统模型的仿真系统和实际系统四者的运行结果进行了对比。实验表明提出的仿真系统能更为有效地反映实际系统的运行情况,可以用于实际系统控制算法的仿真设计。 展开更多
关键词 两轮机器人 运动学方程 电机驱动系统 运动轨迹
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基于模糊强化学习的双轮机器人姿态平衡控制 被引量：9
13
作者 闫安 陈章 +1 位作者 董朝阳 何康辉 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期1036-1043,共8页
针对单轨双轮机器人在静止情况下存在的固有静态不稳定问题,提出一种基于模糊强化学习(简称为Fuzzy-Q)的控制方法。首先,运用拉格朗日法建立带控制力矩陀螺的系统动力学模型。然后,在此基础上设计表格型强化学习算法,实现机器人的稳定... 针对单轨双轮机器人在静止情况下存在的固有静态不稳定问题,提出一种基于模糊强化学习(简称为Fuzzy-Q)的控制方法。首先,运用拉格朗日法建立带控制力矩陀螺的系统动力学模型。然后,在此基础上设计表格型强化学习算法,实现机器人的稳定平衡控制。最后,针对算法存在的控制精度不高和控制器输出离散等问题,采用模糊理论泛化动作空间,改善控制精度,并使控制输出连续。仿真实验表明,相较于传统强化学习方法,所提方法能够显著提高控制精度,且可以有效抑制外界干扰力矩对系统的影响,保证系统具有一定的抗干扰能力。 展开更多
关键词 强化学习 模糊强化学习 模糊算法 控制力矩陀螺 单轨双轮机器人
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基于非线性PID的柔性两轮机器人运动控制 被引量：7
14
作者 阮晓钢 李世臻 +1 位作者 侯旭阳 李欣源 《控制工程》 CSCD 北大核心 2012年第3期498-501,共4页
柔性两轮机器人是一种不稳定、非线性、强耦合系统。该系统的突出特点是在机器人的腰部装有柔性的机体结构,能够更好地模拟人和动物的生物动力学特性,具有更好的仿生性质,同时,系统的控制难度显著增大,为使机器人能够平衡直立运动,且具... 柔性两轮机器人是一种不稳定、非线性、强耦合系统。该系统的突出特点是在机器人的腰部装有柔性的机体结构,能够更好地模拟人和动物的生物动力学特性,具有更好的仿生性质,同时,系统的控制难度显著增大,为使机器人能够平衡直立运动,且具有较强的鲁棒性,提出了非线性PD的姿态平衡控制方法,实现了机器人的姿态平衡,并同时设计了PID航向差动控制结构驱动左右轮电机,使机器人能够完成直线行进、自旋、环绕等多种运动平衡模式。实验结果表明,机器人具有优良的平衡能力和机动性能,从而验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 柔性 双轮机器人 DSP TMS320F28335 非线性PD PID控制器 轨迹
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基于全阶滑模控制的双轮移动机器人跟踪误差研究 被引量：7
15
作者 万军 贾宇明 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2021年第1期24-27,共4页
针对双轮移动机器人运动轨迹跟踪误差较大的问题,设计了全阶滑模控制器,并对控制输出误差进行仿真验证。建立双轮机器人简图模型,推导出移动机器人动力学方程式。介绍了移动机器人线速度和角速度的控制过程,对传统PI控制器进行改进,设... 针对双轮移动机器人运动轨迹跟踪误差较大的问题,设计了全阶滑模控制器,并对控制输出误差进行仿真验证。建立双轮机器人简图模型,推导出移动机器人动力学方程式。介绍了移动机器人线速度和角速度的控制过程,对传统PI控制器进行改进,设计了全阶滑模控制器。采用李雅普诺夫函数对控制器的稳定性进行了证明,从而得到机器人运动线速度和角速度的输出误差收敛于零。在平面内,采用MATLAB软件对机器人运动线速度和角速度输出误差进行仿真实验,并与PI控制输出误差形成对比。结果显示:采用传统PI控制器,双轮机器人实际输出线速度和角速度误差较大;采用全阶滑模控制器,双轮机器人实际输出线速度和角速度误差较小。采用全阶滑模控制器用于双轮机器人控制系统,自适应抗干扰能力更强,可提高双轮机器人运动轨迹跟踪精度。 展开更多
关键词 双轮机器人 全阶滑模控制器 角速度 线速度 误差
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自行直立双轮移动机器人设计与实现 被引量：4
16
作者 缪寿洪 曹其新 孔祥宣 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第11期1832-1835,1841,共5页
提出了一种使双轮移动机器人在无人为协助时实现其机身从翻倒平卧状态自行直立的方法.该方法采用近似陀螺原理,对一高速转子实施强迫进动,以进动产生的陀螺力矩带动机器人自行直立.从理论上证明了该方法的可行性,并用软件ADAMS仿真实现... 提出了一种使双轮移动机器人在无人为协助时实现其机身从翻倒平卧状态自行直立的方法.该方法采用近似陀螺原理,对一高速转子实施强迫进动,以进动产生的陀螺力矩带动机器人自行直立.从理论上证明了该方法的可行性,并用软件ADAMS仿真实现了双轮移动机器人的自行直立. 展开更多
关键词 双轮移动机器人 陀螺力矩 进动
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两轮机器人在坡面上的运动平衡控制 被引量：6
17
作者 阮晓钢 李亚磊 朱晓庆 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2014年第3期44-47,共4页
两轮机器人在坡面上运动时,由于受到重力作用的影响,其姿态平衡控制变得更加复杂。为实现机器人在坡面上的平衡控制,首先建立了两轮机器人在坡面上的动力学模型,然后针对两轮机器人设计一种非线性PD控制器。与传统的线性PD控制器进行仿... 两轮机器人在坡面上运动时,由于受到重力作用的影响,其姿态平衡控制变得更加复杂。为实现机器人在坡面上的平衡控制,首先建立了两轮机器人在坡面上的动力学模型,然后针对两轮机器人设计一种非线性PD控制器。与传统的线性PD控制器进行仿真实验对比,实验结果说明:在响应速度、稳定性、鲁棒性方面,非线性PD控制有着更好的效果。最后,在姿态平衡控制中加入速度控制,构成双环的PD控制,实现了两轮机器人在坡面上的静态平衡。 展开更多
关键词 两轮机器人 坡面 动力学建模 非线性PD控制
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OCPA仿生自主学习系统及在机器人姿态平衡控制上的应用 被引量：5
18
作者 蔡建羡 阮晓钢 《模式识别与人工智能》 EI CSCD 北大核心 2011年第1期138-146,共9页
针对本质上非线性、强耦合的两轮自平衡机器人复杂动态系统,构造操作条件反射概率自动机(OCPA)仿生自主学习系统.OCPA仿生自主学习系统是一个基于Skinner操作条件反射的概率自动机,主要特征在于模拟生物的操作条件反射机制,具有仿生的... 针对本质上非线性、强耦合的两轮自平衡机器人复杂动态系统,构造操作条件反射概率自动机(OCPA)仿生自主学习系统.OCPA仿生自主学习系统是一个基于Skinner操作条件反射的概率自动机,主要特征在于模拟生物的操作条件反射机制,具有仿生的自组织功能,包括自学习和自适应功能,可用于描述、模拟、设计各种自组织系统.从理论上分析OCPA学习系统的操作条件反射学习机制的收敛性.应用于两轮机器人姿态平衡控制的仿真和实验结果均表明,设计的OCPA仿生自主学习系统不需要系统的模型,通过模拟生物的操作条件反射机制,自组织地渐进形成、发展和完善其姿态平衡控制技能. 展开更多
关键词 操作条件反射概率自动机(OCPA)仿生自主学习 操作条件反射 两轮机器人 姿态平衡控制
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基于双飞轮陀螺效应的两轮自平衡机器人的研制 被引量：5
19
作者 李勇 耿建平 +2 位作者 林群煦 张弓 王卫军 《机电产品开发与创新》 2015年第6期14-16,28,共4页
鉴于现今已有的平衡技术的不足,论文以飞陀螺效应为理论基础,介绍了两轮自平衡机器人的研制。首先搭建了单飞轮自平衡装置实验平台,基于矢量动力学建立单飞轮自平衡系统的动力学模型;基于PD控制理论推导单飞轮自平衡系统的控制方程组;... 鉴于现今已有的平衡技术的不足,论文以飞陀螺效应为理论基础,介绍了两轮自平衡机器人的研制。首先搭建了单飞轮自平衡装置实验平台,基于矢量动力学建立单飞轮自平衡系统的动力学模型;基于PD控制理论推导单飞轮自平衡系统的控制方程组;最后以单飞轮自平衡实验为基础,研制双飞轮陀螺效应的自平衡机器人。以STM32单片机为系统控制核心,以安卓智能手机为遥控平台,以HC-06为车载蓝牙模块,设计两轮自平衡遥控机器人。实验结果表明该机器人具有在一定运动速递时仍具有良好的平衡性能和抵抗外部强烈冲击的特点。 展开更多
关键词 飞轮陀螺效应 两轮机器人 运动 撞击 自平衡
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双轮式机器人在球面上的运动学分析 被引量：5
20
作者 路晨曦 张文志 陈福民 《机械传动》 北大核心 2020年第3期137-141,共5页
为研究球形容器上双轮式机器人的运动控制问题,分析了机器人在球面上的运动特点。在机器人中心点处做切平面和法平面,将三维环境中机器人的运动分解并投影在二维坐标平面内进行运动描述,得到了球面上机器人的运动轨迹及速度,进而建立了... 为研究球形容器上双轮式机器人的运动控制问题,分析了机器人在球面上的运动特点。在机器人中心点处做切平面和法平面,将三维环境中机器人的运动分解并投影在二维坐标平面内进行运动描述,得到了球面上机器人的运动轨迹及速度,进而建立了机器人在球面上运动的数学模型。对运动学模型进行离散化,并在Matlab中进行仿真。仿真结果验证了模型的可行性,仿真过程的图形直观形象地显示了机器人的运动状态,这为机器人的运动规划提供了理论帮助。 展开更多
关键词 球面 双轮式机器人 运动学模型 MATLAB
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