移動機器人導航中的軌跡跟蹤與群集運動控制研究.pdf

1、隨著科學技術的發(fā)展,移動機器人研究受到控制和人工智能等領域學者的廣泛關注。目前,現(xiàn)代移動機器人進入了一個嶄新的研究階段,在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、服務和科學研究等方面得到了廣泛應用,以代替人類完成很多繁重或惡劣條件下無法勝任的工作。本文的研究工作緊密圍繞輪式移動機器人導航中的軌跡跟蹤和群集運動控制兩大關鍵技術展開。在第一部分研究內(nèi)容中,重點研究約束非理想情況下輪式移動機器人的數(shù)學模型和軌跡跟蹤控制,分別針對運動學和動力學模型提出了新的軌跡跟蹤

2、控制算法,以提高移動機器人的軌跡跟蹤精度。在第二部分研究工作中,為解決未知環(huán)境下移動機器人的自主導航和群集運動控制問題,將虛擬子目標和禁忌搜索算法引入到機器人路徑規(guī)劃技術中,提出相應的自主導航和群集運動控制算法,對改善導航效率和推動機器人由半自主式向智能型發(fā)展有十分重要的意義。論文的主要研究工作和成果如下:
　　1、建立了約束非理想情況下雙輪差分驅動輪式移動機器人的運動學模型、動力學模型和驅動模型,為移動機器人軌跡跟蹤控制、未知環(huán)

3、境下自主導航和群集運動控制研究奠定了基礎。
　　2、通過對約束非理想情況下輪式移動機器人軌跡跟蹤問題的研究,得到了以兩獨立驅動輪角速度為控制輸入的機器人運動學模型。針對模型中存在的未知參數(shù),采用反演設計和滑?？刂频姆椒ńo出了自適應滑模軌跡跟蹤控制律,并利用Lyapunov穩(wěn)定性理論證明了軌跡跟蹤誤差的全局一致漸近穩(wěn)定性。
　　3、針對動力學模型描述的約束非理想輪式移動機器人系統(tǒng),提出了一種全局漸近穩(wěn)定的自適應積分滑模控制律。

4、該方法首先借助運動學模型設計了中間輔助控制變量,然后利用反演技術和積分滑?？刂频乃枷朐O計了自適應積分滑模控制律,可實現(xiàn)移動機器人軌跡跟蹤的要求。最后通過仿真算例驗證了控制律的有效性和正確性。
　　4、為提高軌跡跟蹤性能,在輪式移動機器人動力學模型的基礎上進一步考慮驅動模型的影響,在以電機電壓為控制輸入、存在不確定參數(shù)和外界干擾時,設計了一種自適應軌跡跟蹤控制律,以滿足移動機器人的高精度軌跡跟蹤要求。
　　5、針對未知環(huán)境下純

5、粹的反應式導航算法缺少“預見性”的缺點,設計了一種基于虛擬子目標的輪式移動機器人主動尋徑導航算法。該算法利用禁忌搜索算法識別感知域內(nèi)的優(yōu)化子目標,并采用模糊控制的方法對子目標進行跟蹤,以逐步漸進的方式實現(xiàn)無碰路徑優(yōu)化并到達最終目標。仿真和實驗結果驗證了所設計導航算法的有效性和正確性。
　　6、針對群集運動系統(tǒng)在非規(guī)則障礙物的未知環(huán)境中運行時容易陷入局部極小的問題,將個體擴展為具有記憶能力的智能個體,提出了一類基于虛擬子目標的Lea