拖掛式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法研究.pdf

1、拖掛式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃作為移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要組成部分,是研究移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)較為活躍的領(lǐng)域之一,吸引著國(guó)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(guó)學(xué)者對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃有了更深入的研究。本文用一些新的方法對(duì)拖掛式移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人研究方面已經(jīng)取得了一定的成果,本文也對(duì)移動(dòng)機(jī)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(diǎn),適用于不同的場(chǎng)合。但由于我國(guó)起步較晚,在研究

2、和應(yīng)用方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于一些西方國(guó)家。因此,研究移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法具有較高的理論和實(shí)際意義。
　　 拖掛式移動(dòng)機(jī)器人是一種服務(wù)機(jī)器人,主要應(yīng)用于物流運(yùn)輸,自動(dòng)化生產(chǎn)等方面,因?yàn)樗哂型宪嚬?jié)數(shù)可以靈活改變等諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),從而提高效率,降低成本。拖掛式移動(dòng)機(jī)器人可以用于自動(dòng)化工廠,港口碼頭,火車站,飛機(jī)場(chǎng),核電廠等勞動(dòng)強(qiáng)度大或有害人體健康的危險(xiǎn)場(chǎng)合,執(zhí)行行李搬運(yùn),貨物運(yùn)輸,物料傳送等任務(wù),因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　

3、本實(shí)驗(yàn)室所用的機(jī)器人是美國(guó)ActivMedia,Robotics公司生產(chǎn)的PioneerⅢ型移動(dòng)機(jī)器人。拖車的拖掛式移動(dòng)機(jī)器人(簡(jiǎn)稱為TTMR)系統(tǒng)是一類特殊的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng),它由牽引車(機(jī)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(yùn)行在同一個(gè)平面上,牽引車位于最前端,為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力來(lái)源,牽引車的驅(qū)動(dòng)輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以前后轉(zhuǎn)動(dòng),導(dǎo)向輪位于車體后部可以左右轉(zhuǎn)向,拖車被動(dòng)跟隨牽引車運(yùn)動(dòng)。
　　 一個(gè)典型的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃

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

5、性分析、反饋鎮(zhèn)定、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、跟蹤控制等多個(gè)方面;從控制理論角度來(lái)看,拖掛式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)是一個(gè)具有高度復(fù)雜性和高度綜合性的非完整、欠驅(qū)動(dòng)、非線性系統(tǒng);從系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)角度看,拖掛式移動(dòng)機(jī)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(jì)實(shí)現(xiàn)等諸多方面,其理論分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)與自由運(yùn)動(dòng)的單體機(jī)器人系統(tǒng)存在很大差異,因此拖掛式移動(dòng)機(jī)器人是當(dāng)前機(jī)器人學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　 本文主要針對(duì)帶一節(jié)拖車的拖掛式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題完成了

6、以下幾個(gè)方面的工作:
　　 第一,分析了拖掛式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性,建立了帶一節(jié)拖車的拖掛式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的正確性。
　　 第二,利用先鋒3機(jī)器人自帶的28個(gè)聲納傳感器檢測(cè)環(huán)境信息,再采用Rapidly-exploring Random Trees算法(簡(jiǎn)稱RRT算法)搜索復(fù)雜環(huán)境下的可行路徑并對(duì)路徑進(jìn)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(dòng)機(jī)