自主移動機(jī)器人軌跡跟蹤與避障控制研究.pdf

1、作為一類典型的非完整控制系統(tǒng)，移動機(jī)器人的研究和開發(fā)一直是一個十分活躍的領(lǐng)域。本文以非完整自主移動機(jī)器人為控制對象，圍繞移動機(jī)器人的軌跡跟蹤問題和未知環(huán)境下軌跡跟蹤過程中的避障問題展開研究。
　　針對移動機(jī)器人的軌跡跟蹤控制問題，本文結(jié)合移動機(jī)器人的運動學(xué)模型和動力學(xué)模型對控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。首先利用Backstepping方法進(jìn)行了運動學(xué)控制器的設(shè)計，得到位置跟蹤誤差下要實現(xiàn)對參考軌跡跟蹤所需的控制速度;然后利用基于模糊CMAC

2、的改進(jìn)計算力矩法對動力學(xué)控制器進(jìn)行設(shè)計，利用模糊CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來逼近系統(tǒng)的非線性和不確定性，同時與速度誤差結(jié)合起來構(gòu)成力矩控制器，并用滑模項來補(bǔ)償不確定性擾動對系統(tǒng)的影響。Lyapunov穩(wěn)定性分析保證了跟蹤誤差漸近收斂到零，MATLAB環(huán)境下的軌跡跟蹤仿真實驗驗證了控制算法的有效性和優(yōu)越性。
　　針對未知環(huán)境下移動機(jī)器人軌跡跟蹤過程中避障問題，本文在實現(xiàn)了移動機(jī)器人對參考軌跡跟蹤的前提下，基于阻抗控制的概念，設(shè)計了雙回路的控制

3、方案。主回路執(zhí)行跟蹤控制，當(dāng)遇到障礙物時，輔助回路會根據(jù)傳感器的信息和阻抗控制的概念產(chǎn)生虛擬阻抗力，將參考目標(biāo)位置調(diào)整到修正目標(biāo)位置，并對參考速度進(jìn)行補(bǔ)償，使得避障控制能夠嵌入到跟蹤控制中，實現(xiàn)移動機(jī)器人在軌跡跟蹤過程中的自動避障。MATLAB仿真結(jié)果表明了軌跡跟蹤控制的有效性和避障方法的可行性。
　　最后，本文基于Pioneer2DX移動機(jī)器人平臺，從硬件體系和軟件結(jié)構(gòu)上設(shè)計實現(xiàn)了自主移動機(jī)器人對參考軌跡的跟蹤控制和跟蹤過程中的