輪式移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航控制與路徑規(guī)劃研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械電子、信息、自動(dòng)化以及人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人的研究進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。同時(shí)，太空資源、海洋資源的開發(fā)與利用為移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展提供了廣闊的空間。 本文結(jié)合“陀螺導(dǎo)引AGV系統(tǒng)”和“多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)調(diào)”兩個(gè)工程項(xiàng)目，研究單個(gè)輪式移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航控制與路徑規(guī)劃以及多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題。本文的主要工作與取得的研究成果如下： (1)概述了輪式移動(dòng)機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。 (2)分別

2、建立了前輪驅(qū)動(dòng)并可轉(zhuǎn)向的移動(dòng)機(jī)器人和兩輪差動(dòng)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型。在實(shí)際工程中，由于存在車輪直徑不相等和測(cè)量不精確等因素，通過應(yīng)用陀螺儀和里程計(jì)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行校正。 (3)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航定位進(jìn)行了研究，應(yīng)用陀螺儀+里程計(jì)的慣性導(dǎo)航與磁感應(yīng)器修正的組合導(dǎo)航方法，采用卡爾曼濾波算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行試驗(yàn)研究。結(jié)果表明該組合導(dǎo)航方法能夠解決純慣性導(dǎo)航誤差隨時(shí)間增長(zhǎng)而累積的固有缺點(diǎn)。此方法在實(shí)際工程中

3、得到了應(yīng)用。 (4)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃進(jìn)行了研究?；谀：壿嬤M(jìn)行路徑規(guī)劃，并在遠(yuǎn)離障礙物的環(huán)境和遇到障礙物的環(huán)境兩種情況下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該路徑規(guī)劃方法能夠使得機(jī)器人避開障礙物順利到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。 (5)設(shè)計(jì)了四次曲線路徑，該路徑是對(duì)常規(guī)二次曲線路徑的改進(jìn)。由于四次曲線路徑更為平滑，使得機(jī)器人的前輪偏角變化也平滑，仿真與試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該路徑設(shè)計(jì)的有效性。 (6)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的控制問題進(jìn)行了研究。基于Lya

4、punov直接法設(shè)計(jì)了移動(dòng)機(jī)器人的點(diǎn)鎮(zhèn)定控制律和軌跡跟蹤控制律，并進(jìn)行了仿真研究；基于反饋線性化方法分別對(duì)前輪驅(qū)動(dòng)并可轉(zhuǎn)向和兩輪差動(dòng)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)了路徑跟蹤控制律，并進(jìn)行仿真研究；基于滑模變結(jié)構(gòu)方法設(shè)計(jì)了移動(dòng)機(jī)器人的軌跡跟蹤控制律，并進(jìn)行仿真研究；基于模糊邏輯方法設(shè)計(jì)了移動(dòng)機(jī)器人的路徑跟蹤控制律，并進(jìn)行試驗(yàn)研究。仿真和試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制律的有效性和可行性。 (7)對(duì)多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了研究。分析了多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的