拖掛式移動機器人運動規(guī)劃方法研究.pdf

1、拖掛式移動機器人運動規(guī)劃作為移動機器人技術(shù)的一個重要組成部分,是研究移動機器人技術(shù)較為活躍的領(lǐng)域之一,吸引著國內(nèi)外眾多學(xué)者的目光。隨著各種新方法和新技術(shù)的不斷出現(xiàn),各國學(xué)者對運動規(guī)劃有了更深入的研究。本文用一些新的方法對拖掛式移動機器人路徑規(guī)劃和跟蹤做了一些研究性的工作。目前智能移動機器人研究方面已經(jīng)取得了一定的成果,本文也對移動機器人應(yīng)用比較廣泛的路徑規(guī)劃和路徑跟蹤方法做了概述,各有優(yōu)缺點,適用于不同的場合。但由于我國起步較晚,在研究

2、和應(yīng)用方面還遠遠落后于一些西方國家。因此,研究移動機器人運動規(guī)劃方法具有較高的理論和實際意義。
　　 拖掛式移動機器人是一種服務(wù)機器人,主要應(yīng)用于物流運輸,自動化生產(chǎn)等方面,因為它具有拖車節(jié)數(shù)可以靈活改變等諸多獨特的優(yōu)點,從而提高效率,降低成本。拖掛式移動機器人可以用于自動化工廠,港口碼頭,火車站,飛機場,核電廠等勞動強度大或有害人體健康的危險場合,執(zhí)行行李搬運,貨物運輸,物料傳送等任務(wù),因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　

3、本實驗室所用的機器人是美國ActivMedia,Robotics公司生產(chǎn)的PioneerⅢ型移動機器人。拖車的拖掛式移動機器人(簡稱為TTMR)系統(tǒng)是一類特殊的移動機器人系統(tǒng),它由牽引車(機器人)拖掛著多節(jié)相互鉸鏈在一起的剛體小車組成,并且運行在同一個平面上,牽引車位于最前端,為整個系統(tǒng)提供動力來源,牽引車的驅(qū)動輪由電機驅(qū)動可以前后轉(zhuǎn)動,導(dǎo)向輪位于車體后部可以左右轉(zhuǎn)向,拖車被動跟隨牽引車運動。
　　 一個典型的移動機器人運動規(guī)劃

4、過程可以這樣描述:機器人首先要理解需要完成的任務(wù)從而進行路徑規(guī)劃,并對所規(guī)劃的路徑進行優(yōu)化。然后生成控制命令作用于底層執(zhí)行機構(gòu),使得車體沿著已規(guī)劃好的路徑行駛。機器人系統(tǒng)在運動過程中,傳感器不斷檢測周圍的環(huán)境信息和自身的狀態(tài)信息,并將檢測到的信息進行融合處理,用于從當前位置重新規(guī)劃路徑和控制機器人自身的行為,使機器人沿著無碰撞的較優(yōu)路徑行駛。
　　 研究拖掛式移動機器人涉及領(lǐng)域非常廣泛,從系統(tǒng)理論的角度來看涉及到運動學(xué)建模、可控

5、性分析、反饋鎮(zhèn)定、運動規(guī)劃、跟蹤控制等多個方面;從控制理論角度來看,拖掛式移動機器人系統(tǒng)是一個具有高度復(fù)雜性和高度綜合性的非完整、欠驅(qū)動、非線性系統(tǒng);從系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)角度看,拖掛式移動機器人系統(tǒng)包括到傳感器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和底層軟硬件設(shè)計實現(xiàn)等諸多方面,其理論分析和系統(tǒng)設(shè)計與自由運動的單體機器人系統(tǒng)存在很大差異,因此拖掛式移動機器人是當前機器人學(xué)研究的熱點和難點。
　　 本文主要針對帶一節(jié)拖車的拖掛式移動機器人的運動規(guī)劃問題完成了

6、以下幾個方面的工作:
　　 第一,分析了拖掛式移動機器人的運動學(xué)特性,建立了帶一節(jié)拖車的拖掛式移動機器人的運動學(xué)模型,并驗證運動學(xué)模型的正確性。
　　 第二,利用先鋒3機器人自帶的28個聲納傳感器檢測環(huán)境信息,再采用Rapidly-exploring Random Trees算法(簡稱RRT算法)搜索復(fù)雜環(huán)境下的可行路徑并對路徑進行優(yōu)化,最終將參考路徑轉(zhuǎn)化為由幾段直線段組成的折線路徑。此外,折線路徑還必須滿足拖掛式移動機