移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟蹤控制方法及自主導(dǎo)航性能評(píng)估技術(shù)研究.pdf

1、隨著傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能及其它相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人的相關(guān)研究日益迅猛，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在制造、農(nóng)業(yè)、探測(cè)等多種領(lǐng)域中代替人類(lèi)完成惡劣、繁重或無(wú)法完成的任務(wù)：如極地考察、地震援救、太空探索及軍事偵查作戰(zhàn)等。隨著各領(lǐng)域工作要求的提升，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人本身性能的需求也越來(lái)越高。地面自主移動(dòng)機(jī)器人的控制及自主導(dǎo)航性能一直以來(lái)是業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。
　　本文重點(diǎn)研究地面輪式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的軌跡跟蹤控制方法及其自主導(dǎo)航性能評(píng)估

2、方法。
　　本文通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外地面移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，了解地面輪式移動(dòng)機(jī)器人的建模方法及自主導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)自主導(dǎo)航性能評(píng)估的需求，分析移動(dòng)機(jī)器人位置精度、路徑平滑程度及導(dǎo)航效率等指標(biāo)的評(píng)估方法，為后文研究地面輪式移動(dòng)機(jī)器人的軌跡跟蹤方法及自主導(dǎo)航性能測(cè)試方法提供參考。
　　首先，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的非完整性及能控性進(jìn)行分析，建立 Pioneer-3移動(dòng)機(jī)器人理想運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；并考慮地表摩擦變化、負(fù)載變化及傳動(dòng)系統(tǒng)誤差等不

3、確定性干擾的影響，將所有不確定影響視為一種廣義不確定力，并將其加入到移動(dòng)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型中，最終建立含廣義不確定干擾的地面輪式移動(dòng)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型。
　　其次，針對(duì)差動(dòng)輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型，分別研究軌跡跟蹤過(guò)程的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制方法?；谶\(yùn)動(dòng)學(xué)模型的軌跡跟蹤方法可以獲得機(jī)器人實(shí)現(xiàn)期望軌跡跟蹤的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃值，而基于動(dòng)力學(xué)模型的軌跡規(guī)劃控制可以實(shí)現(xiàn)廣義不確定力干擾下對(duì)期望軌跡的跟蹤。本文采用反演滑模方法設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟

4、蹤控制器，得到軌跡跟蹤控制律，并通過(guò)李雅普諾夫理論驗(yàn)證其穩(wěn)定性；針對(duì)實(shí)際移動(dòng)機(jī)器人受不確定干擾的影響，采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行在線(xiàn)逼近，并驗(yàn)證其穩(wěn)定性。本文基于Pioneer-3移動(dòng)機(jī)器人模型進(jìn)行軌跡跟蹤方法的仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。
　　然后，本文對(duì)自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航性能評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行研究。建立自主導(dǎo)航性能評(píng)估指標(biāo)體系；針對(duì)評(píng)估指標(biāo)及自主導(dǎo)航過(guò)程，設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航性能測(cè)試方法，針對(duì)自主導(dǎo)航性能中動(dòng)態(tài)軌跡跟蹤性能；設(shè)計(jì)圓形路徑、直線(xiàn)路

5、徑、正弦曲線(xiàn)路徑和四邊形路徑軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn)方法，以評(píng)估地面移動(dòng)機(jī)器人在固定曲率、零曲率、變曲率等各種軌跡下的自主導(dǎo)航性能；根據(jù)以上理論及自主導(dǎo)航能力測(cè)試需求，搭建硬件系統(tǒng)，并對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)及相應(yīng)程序的編制。
　　最后，本文構(gòu)建地面移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及自主導(dǎo)航性能評(píng)估系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)指定軌跡的跟蹤實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證軌跡跟蹤控制方法的有效性；通過(guò)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航性能的測(cè)試，驗(yàn)證移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航性能測(cè)試指標(biāo)、方法及設(shè)備的有效性