移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航中的路徑規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究.pdf

1、路徑規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制是自主輪式移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的重要研究方向，也是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、完成復(fù)雜智能任務(wù)的關(guān)鍵，集中體現(xiàn)了機(jī)器人的感知能力和智能水平。本文針對(duì)柵格環(huán)境地圖模型下，移動(dòng)機(jī)器人上位機(jī)的路徑規(guī)劃控制器執(zhí)行周期短這一特點(diǎn)，采用基于啟發(fā)式搜索理論的搜索算法設(shè)計(jì)路徑規(guī)劃控制器。同時(shí)針對(duì)輪式移動(dòng)機(jī)器人非完整運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，設(shè)計(jì)出軌跡跟蹤控制器和路徑跟蹤控制器，從而完成了移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航目標(biāo)。本文主要工作如下： 首先，介紹了移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)

2、航技術(shù)的發(fā)展情況。并且闡述了移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航研究中的關(guān)鍵技術(shù)，包括路徑規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制。以及這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)在移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航中的應(yīng)用范圍和應(yīng)用中需解決關(guān)鍵問(wèn)題。 其次，詳細(xì)闡述了人工智能領(lǐng)域的啟發(fā)式搜索理論，包括啟發(fā)式信息和估價(jià)函數(shù)以及搜索算法的可采納性。在充分考慮搜索的實(shí)時(shí)性、最優(yōu)性需求以及估價(jià)函數(shù)死區(qū)問(wèn)題的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于圖搜索策略A-Star算法的路徑規(guī)劃控制器。該控制器能夠在全局占有柵格地圖中高效地尋求最優(yōu)路徑。 再次

3、，詳盡分析了輪式移動(dòng)機(jī)器人非完整運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。針對(duì)帶時(shí)間參數(shù)的行走軌跡，通過(guò)構(gòu)造一種簡(jiǎn)單的虛擬反饋?zhàn)兞?，結(jié)合Lyapunov直接法設(shè)計(jì)了基于Backstepping的時(shí)變反饋軌跡跟蹤控制器。針對(duì)由離散路徑點(diǎn)組成的行走路徑，采用Lyapunov直接法設(shè)計(jì)出基于點(diǎn)鎮(zhèn)定原理的路徑跟蹤控制器。并且通過(guò)設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)上述控制器進(jìn)行了驗(yàn)證。 最后，介紹了實(shí)驗(yàn)室J-Pot輪式移動(dòng)機(jī)器人的系統(tǒng)架構(gòu)。通過(guò)對(duì)路徑規(guī)劃控制器和路徑跟蹤控制器進(jìn)行算法的移