移動機器人導航中的路徑規(guī)劃與運動控制技術(shù)研究.pdf

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

2、航技術(shù)的發(fā)展情況。并且闡述了移動機器人導航研究中的關(guān)鍵技術(shù)，包括路徑規(guī)劃和運動控制。以及這兩項關(guān)鍵技術(shù)在移動機器人導航中的應用范圍和應用中需解決關(guān)鍵問題。 其次，詳細闡述了人工智能領(lǐng)域的啟發(fā)式搜索理論，包括啟發(fā)式信息和估價函數(shù)以及搜索算法的可采納性。在充分考慮搜索的實時性、最優(yōu)性需求以及估價函數(shù)死區(qū)問題的基礎(chǔ)上設(shè)計了基于圖搜索策略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機器人非完整運動學模型。針對帶時間參數(shù)的行走軌跡，通過構(gòu)造一種簡單的虛擬反饋變量，結(jié)合Lyapunov直接法設(shè)計了基于Backstepping的時變反饋軌跡跟蹤控制器。針對由離散路徑點組成的行走路徑，采用Lyapunov直接法設(shè)計出基于點鎮(zhèn)定原理的路徑跟蹤控制器。并且通過設(shè)計仿真實驗對上述控制器進行了驗證。 最后，介紹了實驗室J-Pot輪式移動機器人的系統(tǒng)架構(gòu)。通過對路徑規(guī)劃控制器和路徑跟蹤控制器進行算法的移