輪式移動機器人導航控制與路徑規(guī)劃研究

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1、西北工業(yè)大學博士學位論文摘要隨著計算機、網(wǎng)絡、機械電子、信息，自動化以及人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，移動機器人的研究進入了一個嶄新的階段。同時。太空資源、海洋資源的開發(fā)與利用為移動機器人的發(fā)展提供了廣闊的空間。本文結(jié)合“陀螺導引AGV系統(tǒng)”和“多機器人系統(tǒng)協(xié)調(diào)”兩個工程項目，研究單個輪式移動機器人的導航控制與路徑規(guī)劃以及多移動機器人系統(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)概述了輪式移動機器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。(2)分別建立了前輪驅(qū)動并可轉(zhuǎn)向的移動機器人和兩輪差動驅(qū)動的移動機器人的運動學和動力學模型

2、。在實際工程中，由于存在車輪直徑不相等和測量不精確等因素，通過應用陀螺儀和里程計對移動機器人的運動學模型進行校正。(3)對移動機器人的導航定位進行了研究，應用陀螺儀+里程計的慣性導航與磁感應器修正的組合導航方法，采用卡爾曼濾波算法進行數(shù)據(jù)處理，并進行試驗研究。結(jié)果表明該組合導航方法能夠解決純慣性導航誤差隨時間增長而累積的固有缺點。此方法在實際工程中得到了應用。(4)對移動機器人的路徑規(guī)劃進行了研究?；谀：壿嬤M行路徑規(guī)劃，并在遠離障礙物的環(huán)境和遇到障礙物的環(huán)境兩種情況下進行仿真實驗，結(jié)果表明該路徑規(guī)劃方法能夠使

3、得機器人避開障礙物順利到達目標點。(5)設計了四次曲線路徑，該路徑是對常規(guī)二次曲線路徑的改進。由于四次曲線路徑更為平滑，使得機器人的前輪偏角變化也平滑，仿真與試驗結(jié)果驗證了該路徑設計的有效性。(6)對移動機器人的控制問題進行了研究?；贚yapunov直接法設計了移動機器人的點鎮(zhèn)定控制律和軌跡跟蹤控制律，并進行了仿真研究：基于反饋線性化方法分別對前輪驅(qū)動并可轉(zhuǎn)向和兩輪差動驅(qū)動的移動機器人設計了路徑跟蹤控制律，并進行仿真研究；基于滑模變結(jié)構(gòu)方法設計了移動機器人的軌跡跟蹤控制律，并進行仿真研究；基于模糊邏輯方法設計了

4、移動機器人的路徑跟蹤控制律，并進行試驗研究。仿真和試驗結(jié)果驗證了所設計控制律的有效性和可行性。(7)對多移動機器人系統(tǒng)進行了研究。分析了多移動機器人系統(tǒng)的兩種典型結(jié)構(gòu)：①多移動機器人之間不直接進行通訊而是通過局域網(wǎng)絡進行通訊的結(jié)構(gòu)；②囂lE工業(yè)大學辨士學位論文摘要多移魂桃囂入之蠲既萄以鴦接相互暹諼，象霹滋逶避爨域弼絡進行逶禳靜結(jié)構(gòu)。蕤予Leader-Follower結(jié)擒對多穆動楗囂人繽默進移騷究，勞送行彷囊與試驗，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)籀單，適于工程艨用。關(guān)鍵詞：移動機器人，陀螺母弓l，多機器人，運動學模型，動力學模戮，

5、模蝴路經(jīng)援劃，孰遜跟蹤控制，路徑跟蹤控劍，滑模控制，模糊控制，多機囂人據(jù)調(diào)，多極器人編隊，Leader-Follower囂西北工業(yè)大學博士學位論文ABSTRACT■●●_●■●■●●-_■●■■■●■■__●■_E=j●■●●EE_==日_●●●■●●■■■■■-l●_■■■■■■■_■■■■■■■■■■■■●●■●■■■_■__●_■●■■●ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofcomputer，network，mechanics，electronics，informatics，au

6、tomationandartificialintelligenttechnologyetc，roboticshasenteredanewstage．Theexploitationofspace&oceanprovidesahugemarketforrobotics．Accordingtothetwoprojects，‘‘gyroscopeguidedAutomaticGuidedVehicle(AOV)system'’and‘‘multiplemobilerobotssystemcoordination'’，in

7、thedissertation,singlewheeledmobilerobotsandmultiplemobilerobotssystemcoordinationalestudied．n惦maincontributionsofthedissertationaresummarized鴿follows：(1)Thepresentstateintheworldonmobilerobotsissummarized．(2)Kinematicanddynamicmodelofthetwokindsofmobilerobot

8、s撕designed，whichalethemobilerobotsdrivenandsteeredbyfrontwheelandthemobilerobotsdrivenbytwodifferentrearwheels．Sincetheexistenceoftheinequalityoftworearwheels’diameterandtheinaccuracyofth