非完整移動機器人運動規(guī)劃研究.pdf

1、移動機器人是一個典型具有非完整約束的非完整控制系統(tǒng),非完整移動機器人的運動規(guī)劃研究有助于解決例如應用非常廣泛的工業(yè)機器人的高精度裝配以及完成各種細微的操作、外星球表面機器人探索運動等問題.因此其研究在工業(yè)、社會服務、國防等領(lǐng)域具有非常重要的意義.論文完成的主要工作包括以下幾個方面:針對非完整移動機器人在運動學和動力學約束條件下提出了一種運動規(guī)劃方法.該方法針對移動機器人工作在已知的環(huán)境,先由規(guī)劃器規(guī)劃出一條最短路徑,再修正并采用立方螺線

2、對其光滑化,從而使得移動機器人易于跟蹤所規(guī)劃的路經(jīng),同時考慮了移動機器人的實際速度限制,以防止移動機器人超負荷或打滑.研究了非完整輪式移動機器人在未知或已知環(huán)境中的運動規(guī)劃問題.首先通過輸入輸出線性化方法,設(shè)計了一個包含人工勢函數(shù)的梯度反饋控制器,使得移動機器人產(chǎn)生繞過障礙物的無碰撞路經(jīng),然后再驅(qū)動機器人跟蹤此路經(jīng).由于人工勢函數(shù)是通過傳感器實時反饋的信息構(gòu)造而成的,其結(jié)果使得移動機器人能夠工和于已知或未知的工作環(huán)境.非完整移動機器人在

3、未知室內(nèi)環(huán)境中工作必須配備視覺系統(tǒng),我們采用了一套簡單的超聲波系統(tǒng),通過利用超聲波傳感器對周圍環(huán)境的探測和實時處理傳感器數(shù)據(jù),以及所設(shè)計的目標尋找函數(shù),可以有效地完成其運動規(guī)劃,其能夠確保移動機器人在無障礙物區(qū)或障礙物對機器人不構(gòu)成危險時加速前進,在障礙物區(qū)慢速繞過,從而使得移動機器人快速且安全地到達目標位置.利用移動機器人上配備的傳感器信息的組合提出了一種在線子目標點尋找方案,通過周圍環(huán)境中的障礙物來對移動機器人的位置進行校正,以降低

4、運動的不確定性,從而得到一種魯棒的規(guī)劃算法.由于移動平臺和機械手組合的移動機械臂系統(tǒng)需要考慮到兩者的協(xié)調(diào)控制,因而其控制更復雜,為此采用了拉格朗日動力學方法和非完整動力學羅茲方程建立了三連桿移動機器臂運動學和動力學模型,同時利用該模型采用了人工勢函數(shù)方法來驅(qū)使移動機械臂系統(tǒng)完成其運動規(guī)劃.根據(jù)移動機器人跟蹤控制和運動規(guī)劃的目的,設(shè)計了一套移動機器人的計算機控制系統(tǒng),其中包括計算機控制部分、直流伺服電機驅(qū)動部分、視覺系統(tǒng)部分和電機轉(zhuǎn)向分辨