輪式移動機器人智能控制的理論與實踐.pdf

1、本文針對輪式移動機器人系統的智能控制問題,對其運動控制、機器人視覺、視覺伺服、路徑規(guī)劃、進化學習等理論和方法進行了研究,并開發(fā)出多機器人智能控制系統的軟件與硬件平臺.輪式移動機器人是典型的非完整約束機構,無法通過線性反饋獲得姿態(tài)穩(wěn)定.本文根據多種移動機器人的運動學模型和動力學模型,分析了非完整約束機器人軌跡跟蹤和姿態(tài)穩(wěn)定的能控性,運用Lyapunov穩(wěn)定性理論,推導出軌跡跟蹤的非線性控制律和基于相對坐標的移動機器人姿態(tài)穩(wěn)定控制律,后者避

2、開了Brockett定理的限制,使得通過線性反饋就能獲得姿態(tài)的穩(wěn)定;分析了移動機器人多電機控制的同步性問題,提出了同步控制的策略,通過比較實驗驗證了控制算法的有效性.針對高速實時機器人視覺系統的要求,分析了攝像機、采集卡、外觸發(fā)裝置和閃光燈的時間序列,估算了圖像采集過程中的延遲和等待時間,設計了足球機器人視覺系統的硬件和軟件,提出了基于顏色的多機器人視覺跟蹤技術,包括適應環(huán)境光線變化的濾波技術、快速顏色查表技術、基于RLE的圖像重構、多

3、機器人的標識技術以及視差補償技術,通過比較實驗驗證了此套技術的魯棒性,即快速、準確和可靠;對于移動機器人的視覺伺服控制,本文研究了通用圖像雅可比矩陣以及圖像特征數與機器人自由度數不對稱時的解決辦法,研究了基于圖像的移動機器人視覺伺服控制模型,推導了輪式移動機器人的圖像雅可比矩陣,建立了視覺伺服控制的時間模型,對存在的延遲和等待問題,利用Kalman濾波進行預測和補償,通過實驗驗證了其有效性.對于移動機器人動態(tài)目標跟蹤問題,提出了基于極限

4、環(huán)的避障控制算法,結合比例導航算法、人工勢能場方法和姿態(tài)穩(wěn)定控制算法,根據三者的優(yōu)缺點,提出了基于任務的動態(tài)目標跟蹤控制算法,利用模糊進化學習方法,通過模糊控制器和改進的遺傳算法,研究了控制參數和直接控制量的優(yōu)化搜索技術,并建立了適合于仿真學習環(huán)境的機器人運動學和動力學模型,通過離線學習和在線實驗驗證了進化學習算法的有效性,分析了存在的問題.利用多智能體的理論和方法,研究了多機器人的控制結構,分析了慎思結構和反應式結構的優(yōu)點和不足,提出