拖掛式移動(dòng)機(jī)器人路徑跟蹤控制.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)器人已經(jīng)成為人類從事各項(xiàng)工作的得力助手。本文研究的是一種特殊類型的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，這類機(jī)器人系統(tǒng)是由牽引車拖掛著許多節(jié)剛體小車組成的，這些小拖車是相互鉸鏈在一起的，并且運(yùn)行在一個(gè)平面上，牽引車位于最前端，執(zhí)行類似于汽車那樣的運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)輪可以前后運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向輪可以左右轉(zhuǎn)向，拖車被動(dòng)跟隨牽引車，這樣的機(jī)器人系統(tǒng)稱為拖掛式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)(Tractor-Trailer Mobile Robot，簡(jiǎn)稱為TTM

2、R)。
　　 移動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)重要應(yīng)用就是運(yùn)載貨物，拖掛式移動(dòng)機(jī)器人作為一種服務(wù)機(jī)器人在運(yùn)載貨物方面具有它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗耐宪嚬?jié)數(shù)可以靈活改變，所以會(huì)提高工作效率，降低成本費(fèi)用，拖掛式移動(dòng)機(jī)器人可以用于自動(dòng)化工廠，機(jī)場(chǎng)，火車站，航運(yùn)碼頭，核環(huán)境等勞動(dòng)力強(qiáng)度大和危險(xiǎn)的場(chǎng)合，執(zhí)行物料傳送，行李搬運(yùn)，貨物運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 路徑跟蹤是移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的主要問(wèn)題。路徑跟蹤控制的目的是使拖掛式移動(dòng)機(jī)器

3、人沿著給定的幾何路徑行駛，并且滿足一定的精度要求，使拖掛式移動(dòng)機(jī)器人在有障礙物的環(huán)境中工作時(shí)，不會(huì)偏離規(guī)劃的路徑與障礙物發(fā)生碰撞，所以移動(dòng)機(jī)器人的路徑跟蹤控制是一個(gè)非常實(shí)際的問(wèn)題。拖掛式移動(dòng)機(jī)器人由于其多車體的存在，使得路徑跟蹤這一問(wèn)題變得特別復(fù)雜，特別是倒車跟蹤成為這類機(jī)器人控制的難點(diǎn)，引起了國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。
　　 拖掛式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)是一類典型的欠驅(qū)動(dòng)，非完整，非線性的控制系統(tǒng)，它的理論分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)控制等方

4、面的問(wèn)題與單體移動(dòng)機(jī)器人相比具有很大的差異，它不僅在車體之間存在著軸向角約束，而且牽引車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也存在轉(zhuǎn)向角約束，很難將單體移動(dòng)機(jī)器人的研究成果直接應(yīng)用到拖掛式移動(dòng)機(jī)器人上面，這類機(jī)器人是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。
　　 本文針對(duì)拖掛式移動(dòng)機(jī)器人的路徑跟蹤控制問(wèn)題主要完成了以下幾個(gè)方面的工作：
　　 第一：分析了拖掛式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，建立了帶一節(jié)拖車的拖掛式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模

5、型進(jìn)行了數(shù)值仿真，驗(yàn)證了建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的正確性，為后文進(jìn)行拖掛式移動(dòng)機(jī)器人路徑跟蹤控制的研究奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 第二：針對(duì)拖掛式移動(dòng)機(jī)器人的路徑跟蹤控制問(wèn)題，提出了一種基于模糊-LOS( Line-of-Sight)方法的控制器，該控制器可以使拖掛式移動(dòng)機(jī)器人正反向跟蹤折線路徑，并且表現(xiàn)出良好的動(dòng)態(tài)特性和跟蹤精度。
　　 第三：由于拖掛式移動(dòng)機(jī)器人的高度非線性和非完整性，僅僅使用一個(gè)簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)PID控制器很難實(shí)現(xiàn)跟