崎嶇地面機器人姿態(tài)估計與運動規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、崎嶇地面上的輪式移動機器人技術(shù)逐漸成為人們研究的熱點，本課題在國家自然科學基金項目“輪式移動機器人在崎嶇地面的低能耗通過性控制的方法研究(60775060)”的支持下，對崎嶇地面上移動機器人的姿態(tài)估計，崎嶇地形的運動規(guī)劃和控制，以及機器人運動學建模和控制系統(tǒng)軟件設(shè)計進行研究。
　　 首先，采用德魯內(nèi)(Delaunay)三角剖分算法對崎嶇環(huán)境進行建模；基于齊次坐標變換方法建立機器人運動學位姿模型，給出崎嶇地面上一種輪式移動機器人的

2、姿態(tài)估計算法。該算法基于機器人在松軟地面上力分布引起的附加車輪下陷，可依據(jù)崎嶇地面數(shù)字高程圖實現(xiàn)對機器人俯仰角、側(cè)傾角、差分角以及機器人參考點高度的估計。仿真分析和實驗研究均表明該算法可以應(yīng)用于機器人崎嶇地形地面通過性判定、力控制研究以及穩(wěn)定性研究，并開發(fā)出基于MATALAB的姿態(tài)估計算法軟件包。
　　 其次，考慮機器人物理尺寸模型以及地面的相對不平度對運動規(guī)劃的影響，以地面不平度和路徑長度作為目標函數(shù)采用迪克斯特拉(Dijks

3、tra)算法對機器人進行運動規(guī)劃，對已規(guī)劃路徑的評估中考慮機器人靜態(tài)穩(wěn)定性、地面通過性及三維地形中可能存在的不確定性。而后將仿真結(jié)果與基于質(zhì)點的運動規(guī)劃方法進行對比，編寫運動規(guī)劃與仿真軟件包。
　　 第三，建立機器人運動學模型，包括崎嶇地形運動學模型(三維運動學)和平坦地面運動學模型，并且對兩種建模方法進行了分析和比較。推導機器人第五輪機構(gòu)運動學，提出基于運動學模型的機器人定位與控制方法。通過平坦地面和崎嶇地面機器人實驗驗證了該