核電站救災(zāi)機(jī)器人軌跡規(guī)劃與跟蹤.pdf

1、機(jī)器人在復(fù)雜、危險(xiǎn)、高強(qiáng)度的環(huán)境中作業(yè)所發(fā)揮的作用受到越來(lái)越多人的認(rèn)可和關(guān)注。本文以設(shè)計(jì)核電站救災(zāi)機(jī)器人為研究背景，著力解決兩個(gè)與機(jī)器人研究相關(guān)的問題：機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的軌跡規(guī)劃和足型機(jī)器人對(duì)參考軌跡跟蹤。機(jī)器人軌跡規(guī)劃問題，實(shí)質(zhì)是利用環(huán)境內(nèi)已知信息，規(guī)劃一條從機(jī)器人到目的地點(diǎn)的可行軌跡并且使軌跡較優(yōu)的問題。本文借鑒了預(yù)測(cè)控制中的滾動(dòng)優(yōu)化原理，運(yùn)用滾動(dòng)窗口軌跡規(guī)劃進(jìn)行參考軌跡的設(shè)計(jì)。利用窗口內(nèi)精確環(huán)境信息和窗口外模糊環(huán)境信息設(shè)計(jì)局部子

2、目標(biāo)，規(guī)劃從機(jī)器人到子目標(biāo)再到目的地點(diǎn)的參考軌跡。通過滾動(dòng)窗口規(guī)劃所得到的軌跡就是機(jī)器人所需要跟蹤的參考軌跡，本文中采用預(yù)見控制底層算法，將未來(lái)參考信號(hào)納入控制器的設(shè)計(jì)，讓機(jī)器人能夠提前對(duì)未來(lái)變化產(chǎn)生反應(yīng)。最后，本文通過仿真分別對(duì)預(yù)見控制軌跡跟蹤算法和滾動(dòng)窗口軌跡規(guī)劃進(jìn)行了驗(yàn)證，證明了本文中對(duì)參考軌跡的設(shè)計(jì)和跟蹤的研究的有效性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴設(shè)計(jì)了適合四足機(jī)器人進(jìn)行軌跡跟蹤的步態(tài)。根據(jù)ZMP穩(wěn)定性定理，借鑒了機(jī)器人小

3、跑對(duì)腳走步態(tài)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了以ZMP為參考點(diǎn)，適合解決四足機(jī)器人軌跡跟蹤問題的四足機(jī)器人行走步態(tài)。⑵設(shè)計(jì)了預(yù)見控制軌跡跟蹤算法。針對(duì)ZMP穩(wěn)定性定理，建立機(jī)器人增廣系統(tǒng)方程，將未來(lái)參考軌跡加入控制器設(shè)計(jì)之中，得到了預(yù)見控制器。通過仿真證明本文設(shè)計(jì)的預(yù)見控制器相比一般的控制器，在軌跡跟蹤方面具有更好的效果。⑶改進(jìn)了滾動(dòng)窗口路徑規(guī)劃算法。設(shè)計(jì)了對(duì)窗口內(nèi)障礙物的膨脹處理算法，以及膨脹處理的簡(jiǎn)化方法和特殊情況的處理方法。改進(jìn)了滾動(dòng)窗口路徑規(guī)劃