评职称或毕业的时候，都会遇到论文的烦恼，为此精选了《运动控制技术分析论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。摘要:随着计算机硬件的快速发展和信息技术的不断提高,计算机研究动画三维的技术越来越先进,虚拟人行走和运动控制技术也在不断的发展,由于虚拟人技术的日益成熟,虚拟人建模技术已经在游戏训练等领域广泛应用,本文首先对虚拟人行走建模做了介绍和过程分析,然后介绍了虚拟人运动控制的主要方法,最后根据虚拟人行建模的现状分析了虚拟人行走建模与运动控制的发展趋势。
运动控制技术分析论文 篇1：
一种四轮机器人运动控制方法设计与实现
摘 要： 随着人工智能技术的快速发展，机器人的运动控制技术成为当前的研究热点之一。本文针对四轮机器人运动控制快速性和灵活性问题，分析现有四轮机器人直线运动和曲线运动两种场景的特点，提出直线和曲线混合的运动控制方法。本文的四轮机器人运动控制方法有助于提高机器人运动的灵活性和控制效果，并降低机器人运动能量消耗。
关键词： 四轮机器人，运动控制，转弯精度，加速度
1.引言
随着人工智能、计算机技术的发展，机器人在农用、海洋研究、民用以及交通航天探索等领域得到廣泛应用。机器人运动控制技术是当前的研究热门之一，四轮机器人的运动控制包括了动力学、控制技术、传感技术等学科领域，涉及到当前最新科学技术的研究成果。
机器人的运动控制就是让机器人按照给定的目标点，规划出路径，在运动过程中，不断感知环境信息的变化，躲避障碍物，到达给定的目标点，完成给定的任务。
现有机器人运动技术的主要缺点在于：直线运动方式比较理想化的，运动轨迹产生较大误差，不易实现准确灵活的运动轨迹控制，直线运动速度快但方向不灵活，转向运动速度慢且转向误差对运动轨迹造成的误差大，而且转向时轮子与地面摩擦增加了能量消耗。
针对现有机器人移动控制方法的局限性，本文设计了一种基于直线运动和曲线运动相结合的混合运动方法，使得四轮机器人可应用于室内外环境等多种场景，具有良好的运动速度和能量效率。
2.四轮机器人系统结构
四轮机器人系统结构主要包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括机器人底盘、使用于机器人运动控制的嵌入式控制板、使用于上层软件的计算机主机，软件部分包括机器人系统、驱动和应用软件。
机器人外设还包括温湿度传感器、测距传感器、避障等感知系统以及实现人机交互的远程控制系统。四轮机器人可以在特定区域实现自主行驶机器人，能够完成区域内巡逻、监测、监控、感知等多项功能。
3.四轮机器人运动控制系统设计与实现
针对四轮机器人的总体结构，设计了相关运动控制系统，该运动控制系统分直线运动和曲线运动两种情况进行分析。
3.1.直线运动。
机器人整个运动过程为先加速，然后匀速，最后减速为零的过程，如图1所示。整个运动轨迹是两条直线段的总和的话，就是在两条直线的运动总时间就是运动时间。
3.2.曲线运动。
机器人曲线运动在遇到障碍物时显得非常必要，当考虑二维平面环境时，机器人曲线运动的路径可描述成任意圆形或者圆弧等曲线的组合，如图2所示。
曲线直接经过点ABC就是说该弧线ABC的圆就是由这三个点确定的。通过这三个点可以算出圆的方程，通过直线段AC的长度也可以算出弧线ABC的长度。
由AB的两点的坐标就可以算出AB的中间垂直线，假设三点的坐标为A（0，0），B（6，8），C（10，10）。
由于y=kx+b，可得到AB中点和AB中垂线斜率，可通过方程求得圆心坐标，同样可得出圆心的半径。
由于圆的性质可以知道该圆的圆心就是两条直线的交点处，从而就可以求出圆的半径。联合以上两个方程得出圆心的坐标为（15，-5）。又因为知道AC两点的位置就可以根据余弦定理，求出O1点对应角度的值。本例中为53度。因此，可得出圆弧的长度。
假设存在经过AC两点但是不经过B的那么一点的弧线距离小于弧线ABC，而且是在点B之外的一点S，那么弧线ASC就是更小的弧线距离，小车以弧线运动的最短距离是弧线ABC。
通过以上分析，可采用混合运动控制方法提高四轮机器人的运动效率。主要通过对机器人的转弯时间做出预判，若转弯时间小于特定时间长度，机器人采用直线段运动方式，若转弯时间大于特定时间长度，机器人采用曲线运动方式。
通过直线和曲线运动两种情况分析，在四轮机器人的实际地图场景下，结合两种情况获得最佳运动策略，获得机器人路径运动的最短时间，进而可以知道最好运动路径以及最短运动时间，得到最好的运动效果。
4.总结
本文针对四轮移动机器人在直线运动速度快但方向不灵活，转向运动速度慢且转向时对运动轨迹造成的误差大，而且转向时增加与地面摩擦增加了能量消耗等缺点，通过对四轮机器人的直线运动和曲线运动分析，提出了一种混合机器人运动控制方法。本发明麦克纳姆轮的轮式机器人，通过直线运动和斜向运动等方向与轨迹转换的运动方式，减少了转弯、差速转向等过程，使得足球机器人能够最短时间运动到目标位置，减少轮子与地面转向的摩擦，达到能量效率的最大化。
致谢
上海市大学生创新创业训练计划项目（自动行走机器人设计与开发，编号：201811458055）
参考文献
[1] 杨兴，张亚，杨巍等. 室内移动机器人路径规划研究[J].科学技术与工程. 2016（15）.
[2] 简毅，张月. 移动机器人全局覆盖路径规划算法研究进展与展望[J].计算机应用. 2014（10）.
[3] Research about local path planning of moving robot based on improved artificial potential field. YUJJ，DUHW，WANGGW，et al. 2013 25th Chinese Control and Decision Conference . 2013.
[4] 陈森鹏. 基于仿真平台的智能机器人策略研究与实现. 信息系统工程. 2017（3）.
作者：孙焜 章弘凯 范光宇 吴与同 徐圣佳 周辉
运动控制技术分析论文 篇2：
虚拟人行走建模与运动控制的研究
摘 要:随着计算机硬件的快速发展和信息技术的不断提高,计算机研究动画三维的技术越来越先进,虚拟人行走和运动控制技术也在不断的发展,由于虚拟人技术的日益成熟,虚拟人建模技术已经在游戏训练等领域广泛应用,本文首先对虚拟人行走建模做了介绍和过程分析,然后介绍了虚拟人运动控制的主要方法,最后根据虚拟人行建模的现状分析了虚拟人行走建模与运动控制的发展趋势。
关键词:虚拟人 行走模型 运动控制
虚拟人是人在计算机上生成空间中几何特性与行为特性的逼真表示。在虚拟环境中,我们利用虚拟人来模仿真人的各种行为,尤其是人类最普遍的正常行走运动,而且能模拟军事的运用训练和医学的仿真实验中,还能设计产品增加产品的真实性。
1 虚拟人行走模型
1.1 虚拟人行走模型的建立
虚拟人是由计算机合成的真实的人,人体是个复杂的机构,如果要建模生成一个三维立体的人体模型就要对真人身体的头、四肢、躯干、皮肤肌肉等部位进行严格的分析,还包括人体上百个关节和细密器官的分析,建立一个运动模型,人体中肢体与肢体之间是相关联系的,可以将人体的关节看成几个点,各个骨骼之间形成一条一条的链条,根据关节之间不同的旋转和身体部位安置的角度让身体的各个部分相互融洽连接。
1.2 虚拟人行走过程
人体行走的过程看似简单但是相对与虚拟过程就比较复杂,人在行走时每条腿会经历承受期和摆动期,腿的承受期主要分为脚后跟着地到脚尖接触到地面,行走周期是相对循环的,很多步子聚集到一起构成人体进行路线行走的平移,还要对支撑脚与地面之间进行准确的碰撞测试,由于两条腿的来回摆动,以两步为周期平移一步,以此循环也就形成了两条腿的摆动过程,进一步地实现了在水平地面上的连续行走。
2 虚拟人的运动控制技术
2.1 运动控制的关键帧方法
关键帧技术来源与动画片的制作方法,最初关键帧技术只是通过编入帧与帧之间的卡通的形状,在动画片中,所有的影像画面都通过设计关键帧中位置角度的一些参数问题来设计,关键帧技术根据人体的运动和活动状态将人体的动作分解成一系列的动作,每个动作对应相应的帧,但是电脑技术有时不会考虑人体的物理等一些特殊特性,所以会存在不恰当的插入导致虚拟人的不合理的动作,所以通常采用双值插入的方法来有效解决关键帧出现运动轨迹错误的现象,通过设定动作和运动速度的插值参数,让速度来控制动作形成流畅的轨迹。
2.2 运动捕捉技术
随着技术的进一步成熟,运动捕捉技术有着非常广泛的应用领域。运动捕捉方法是指通过记录三维空间中的人体运动轨迹,并将运动轨迹转化为运动数据,对这些数据合成编辑以此合成虚拟人运动的过程。用于动画设计的运动捕捉技术通过一种光学设置将演员的表演姿势头部运动以及表情投射在计算机上,通过调整数据再加入真实的情感来完成制作。运动捕捉技术最大的优点在于能有效的捕捉真人的运动数据,数据传输能将运动数据从捕捉设备准确迅速地传送到主机系统再生成很多高难度的动作,因而虚拟人的运动能和真人运动十分相似,模仿度逼真度超高。但运动捕捉技术同样存在设备昂贵虚拟人本身的条件制约等一些缺陷,动力学控制虚拟人的运动体现了人体运动的真实性,但运动性太强。还可能因为冗杂的或者错误的数据和设备本身的干扰造成虚拟人身上跟踪器的移位反而导致画面运动的失真。但是运动捕捉技术仍然因能自动捕捉到人体运动的各个细节广泛运用在各领域。
2.3 物理的仿真技术
物理的仿真技术利用生物学动力学等物理定律完成运动,从而弥补了关键帧技术的不足之处,一般有半物理仿真技术和全物理仿真技术,半物理仿真技术的逼真度较高,主要重视人机之间的关系,全物理仿真采用物理模型的仿真,主要通过对实物的模拟完成仿真。我们通常应用人体关节的基本动力学和动力学模型,通过分析物理规律计算运动的过程,来完成动态的仿真,使得创作出的虚拟人的运动更加逼真。物理的仿真技术的优点主要是能结合动力学相关物理定律实现关键帧技术无法实现的理想运动控制。优越于其它运动控制技术的优点主要表现在:首先,利用基于物理的仿真技术可以生成用关键帧技术无法实现的完全符合物理特性的理想的运动,人机之间的更多的交流使得捕捉到的技术更加精确。
3 虚拟运动的进一步发展
3.1 虚拟人运动控制的研究现状
近几年,国内外研究虚拟人运动控制的团体日渐壮大,国外相关团队对虚拟人的运动行走运动控制技术和捕捉进行了透彻研究,还有团队研究虚拟人面部的表情头发衣服进行了动画研究,实现了运动的仿真。国内的研究机构致力研究虚拟人运动的实时控制,通过对虚拟人身体部位的相关约束实现了虚拟人步行跑步等运动方式的拓展。
3.2 虚拟人的广泛应用
虚拟人广泛应用在国防航天和医学等人类活动领域,应用虚拟人可以制作出符合中国人航天服的数据,在汽车防撞的实验中也可以运用虚拟人检测防撞强度质量,在医学领域,虚拟人可以有效的帮助医生观察人体组织,提高医学效率。例如美国公司开发了Jack的虚拟人行走,能实现人体模型的建立和行走的仿真控制,通过关键帧动画方法,用户可以自己实现虚拟人姿态的调节,拓展了虚拟人行走的仿真功能。Jack虚拟人除了能直立行走还能跑跳弯腰低头行走,还能进行攀登跳跃等高难度的动作。本文对目前虚拟人几何模型建市的几种常用方法进行了阐述,并对它们的优缺点进行了对比分析,同时对走步、跑步等几种典型的運动的控制方法进行了概述和对比研究。总而言之,随着科学技术的发展,虚拟人运动控制技术逐渐成为虚拟现实技术的关键,已经日益广泛的渗透到人们的日常生活中,因而受到人们的关注和重视。我们应当继续对虚拟人行走建模进行深究,通过多种技术的相融合解决运动控制的各方面问题满足虚拟技术的需要和快速发展。
4 我们的工作
通过对虚拟人行走建模及运动控制的研究,我们建立了自主虚拟人智能行为的通用框架,包括两个模块,模块一主要解决虚拟人骨架建模方法,虚拟人运动建模方法,骨骼蒙皮方法,模块二重点解决了虚拟人运动控制问题,包括参数化关键帧方法,逆向动力学ik求解,基于运动融合技术的运动切换。该框架实现了一种生成真实感智能行为反应动画的方法,具有较好的真实感。在实时虚拟环境中进行的仿真实验结果表明作者提出的通用框架可有效进行自主虚拟人建模,为实时交互虚拟环境创建具有高度自主性、环境感知能力智能行为决策与运动控制能力的真实感虚拟人。
参考文献
[1] 卢晓军,李焱,贺汉根.维修仿真中虚拟人动作数据库的研究与实现[J].计算机仿真,2006(1).
[2] 张金钊,张金锐.虚拟人行走运动算法分析与实现[A].第二届立体图象技术及其应用(国际)研讨会论文集[C].2007,350～352.
作者：任娜
运动控制技术分析论文 篇3：
机械工业自动化中的运动控制新技术
摘要：运动控制技术的应用代表着机械工业自动化的发展，也是机械自动化过程的主要表现。随着科技的不断发展，机械工业自动化水平的不断提高，运动控制技术也变得越来越成熟。本文就是對机械工业自动化中的运动控制技术的运用进行研究，为我国工业的发展做出贡献。
关键词：机械工业自动化；运动控制技术；运用研究
机械行业是我国的传统行业，随着科学技术水平的不断提升，这一行业在发展的过程中必须要不断的引进新的技术，运动控制技术的应用在一定程度上提升了机械工业自动化的步伐，随着科学技术的不断发展，机械制造业变得更加的精确，提高了市场的竞争力。当代工业领域通过各种机械设备的运用，实现了生产效率以及生产质量双方面的提升，推动了工业企业的发展。而在工业领域追求进一步发展的阶段中，将注意力集中到了自动化发展方面，并通过运动控制技术的运用实现了工业领域的更高水平发展。
1 机械化自动化现代技术分析
工业领域的高速发展是建立在当代机械研发、制造领域发展的基础上，通过将各种新型技术以及新型机械设备运用到工业领域中，也就达到了推动工业领域发展变革的效果。各种新型机械设备的普及程度、使用效果也就成了衡量工业企业实际发展情况的标准之一，传统类型的工业企业也由于机械设备普及方面存在了不足而导致其发展受到了制约，因此在工业领域需求发展的阶段中，运动类型机械设备自动化技术也就成了关键的技术，能达到推动工业类型企业发展的效果。通过在工业领域中运用机械化类型控制技术，不仅能降低工业企业在生产中各种资源的实际消耗量，同时还能让产品的生产质量以及生产效率得到提升。从工业领域长远发展来看，机械自动化已经成为工业领域主要的发展趋势，一旦某一个企在在机械自动化发展出现了发展滞后，那么也就会导致发展受到限制。
当代工业领域中各种企业使用的机械自动化技术主要是将各种机械制造技术运用到工业生产领域中，并逐渐的实现相应机械设备在生产方面的自动化，这样也就能实现工厂生产制造的连续化，让工业生产效率维持在较高水平上。而在机械自动化类型新技术运用到工业领域当中的时候，这项技术本身也在被不断的更新、优化，让这一技术的实用性得到强化，尤其在这一技术使用发展中和更多技术学科发生了交织之后，让这项技术也有了更为宽广的发展空间，让工业领域生产技术能在新型机械自动化技术的推动下得到更好的发展。
另外，当代计算机技术的发展也为工业领域当机械设备发展提供了强大动力，当计算机技术和相应的传感技术相结合之后，就能对工业生产中的各个环节进行有效监管、控制，在这些信息技术、控制技术全面落实之后，也就能让传统类型的工业企业发生巨大变革。
2 全闭环交流伺服驱动技术
全闭环交流伺服驱动技术是一种定位精度较高的技术，这种技术被广泛的应用于电子产品中，对于动态的要求也比较高，因此在对动态要求较高的产品中被广泛的应用。这一技术也在不断的进步，结合市场的实际发展需要，融入了数字技术，已经开发出了数字式的交流伺服系统，数字式的交流伺服系统与我国机电产品的生产相符，符合现阶段机电产品的生产要求。这一系统使用起来十分的便捷，整个调试过程也不需要耗费大量的精力。驱动器在系统的应用中是极为重要的，驱动器使用的是数字信号，在采样的过程中，能够充分的保证采样过程的准确性。闭环系统是在电机和驱动器之间，是整个系统中十分重要的组成部分，闭环系统是整个驱动系统的核心，对于控制系统是极为重要的，这一系统主要就是利用数字信号来进行快速而又简单的计算的，除了上述的这些功能之外，闭环系统也能够对系统内部的负载变化和增益进行调节，根据生产的实际需要进行改变，使得整个系统变得更加的灵敏，有着较好的效果。
传统的闭环交流伺服系统使用的是半闭环控制的方式，半闭环控制方式能够使编码器有着速度环的基本特征，除此之外，也有着位置环的作用，这也是半闭环控制方式的优点之一，但是随着工业的不断发展，这一控制方法的缺陷也在逐渐的暴露，也就是说，如果传动链出现了问题，那么是没有任何的办法对其进行补偿的，无法对传动链误差进行降低处理，这样就能够在一定程度上降低了这一系统的控制能力，相关的工作人员经过了长期的研究就在这一系统的运动部位安装了检测元件，这一检测元件需要满足精度要求，在这样的情况下全闭环交流伺服系统应运而生。
3 计算机控制器技术
计算机控制器技术从本质上来说就是一种可编程控制器，但是传统的控制器存在着功能极其单一的缺点，无法满足工程机械化的基本要求，在经过了相关人员的研究之后，设计人员设计出了一种可编程计算机控制器，可编程计算机控制器在机械生产制造的过程中被普遍的应用，这种控制器有着功能强大的特点，和大型的计算机是十分相似的，能够在一定的时间内，将多项任务同时完成，并且将软件进行了相关的优化，多样化的设计是可编程控制器在工业生产的过程中变得越来越重要。传统的可编程控制器主要是利用监控程序和时钟扫面来进行逻辑运算的，这种逻辑运算会产生极大的问题，那就是控制速度与应用程序有着一定的联系，应用程序的大小会对控制速度产生一定的影响，这样就无法满足实时性的基本要求。而计算机控制器技术就能够解决传统的可编程控制器存在的缺陷，通过相关的运行平台，在运行平台上就能够执行相关的程序，这一技术在工业生产的过程中已经体现了极大的优势，将分布式工业控制技术、工业控制计算机和可编程控制器的优点相融合，这样就能够有效的提高整个程序的运行效率，使得计算机控制器技术在机械工业自动化的过程中展现出强大的潜力。
4 直线类型驱动技术分析
这种直线类型的驱动技术在自动化机床设备上有着较为广泛的运用，让工厂生产中的机械机床设备能发挥出更大的作用，也正因如此，这种直线类型驱动技术受到了机械车床生产领域的重视。在将直线类型驱动技术运用到工业生产机床中的时候，这项技术展现了众多优势。和应用这项技术之前车床机械设备相比，不仅消除了机床设备在运行阶段中的相互传送环节，并且还能将传送链的实际长度缩短。
5 计算机可编程序控制器分析
这种技术在我国的发展已经具有非常长的时间，根据相关的资料调查显示这种技术的发展研究大概已经有了三十多年的时间，并且这种技术的发展已经逐渐趋向成熟，特别是在近些年中我国的微电子技术发展的进步以及在很多计算机方面技术的优化，对这种可编程序计算机控制技术的发展奠定了坚实的基础。将这些先进的技术结合在一起，逐渐形成了这种新的计算机程序控制其，又称为可编程控制其。
6 结论
综上所述，可知运动控制新技术在机械自动化中应用比较广泛，但是比较常见的控制技术即为上述几种，这几种运动控制技术的应用可以体现出我国机械自动化的发展，但是需要引起注意的是，我国的运动控制新技术发展水平并不高，尤其是有些技术还有待提高，发达国家的研究经验值得借鉴，有些机械制造企业也应该与高校进行合作进行自主研发，节省引进成本与时间。各种新型机械设备已经成为了当代工业生产领域中的关键性的设备，并且相应机械设备的性能以及稳定性对于工业企业发展有着重要作用。在工业领域当各个企业寻求发展的阶段中，需要重视运动控制等新型机械自动化技术的运用，让工业企业能实现发展提速。
参考文献：
[1] 潘宇锴.机械工业自动化中的运动控制技术的运用研究[J].科技经济导刊，2016（23）：52-53.
[2] 沈洲，朱晓民，曹宇昕.Stewart型六自由度运动平台反解算法研究[J].液压气动与密封，2017，37（7）：51-55.
[3] 宋富佳.北京机械工业自动化研究所--化纤生产智能化的引领者[J].纺织导报，2016（5）：33-34.
[4] 于开鑫，颜安，丁久航.运动控制新技术在机械自动化中的应用探讨[J].四川水泥，2016（11）：114-114.
（作者身份证号码：620302198807010818）
作者：胡竹青