輪式移動機器人智能控制的理論與實踐.pdf

1、本文針對輪式移動機器人系統(tǒng)的智能控制問題,對其運動控制、機器人視覺、視覺伺服、路徑規(guī)劃、進化學習等理論和方法進行了研究,并開發(fā)出多機器人智能控制系統(tǒng)的軟件與硬件平臺.輪式移動機器人是典型的非完整約束機構(gòu),無法通過線性反饋獲得姿態(tài)穩(wěn)定.本文根據(jù)多種移動機器人的運動學模型和動力學模型,分析了非完整約束機器人軌跡跟蹤和姿態(tài)穩(wěn)定的能控性,運用Lyapunov穩(wěn)定性理論,推導(dǎo)出軌跡跟蹤的非線性控制律和基于相對坐標的移動機器人姿態(tài)穩(wěn)定控制律,后者避

2、開了Brockett定理的限制,使得通過線性反饋就能獲得姿態(tài)的穩(wěn)定;分析了移動機器人多電機控制的同步性問題,提出了同步控制的策略,通過比較實驗驗證了控制算法的有效性.針對高速實時機器人視覺系統(tǒng)的要求,分析了攝像機、采集卡、外觸發(fā)裝置和閃光燈的時間序列,估算了圖像采集過程中的延遲和等待時間,設(shè)計了足球機器人視覺系統(tǒng)的硬件和軟件,提出了基于顏色的多機器人視覺跟蹤技術(shù),包括適應(yīng)環(huán)境光線變化的濾波技術(shù)、快速顏色查表技術(shù)、基于RLE的圖像重構(gòu)、多

3、機器人的標識技術(shù)以及視差補償技術(shù),通過比較實驗驗證了此套技術(shù)的魯棒性,即快速、準確和可靠;對于移動機器人的視覺伺服控制,本文研究了通用圖像雅可比矩陣以及圖像特征數(shù)與機器人自由度數(shù)不對稱時的解決辦法,研究了基于圖像的移動機器人視覺伺服控制模型,推導(dǎo)了輪式移動機器人的圖像雅可比矩陣,建立了視覺伺服控制的時間模型,對存在的延遲和等待問題,利用Kalman濾波進行預(yù)測和補償,通過實驗驗證了其有效性.對于移動機器人動態(tài)目標跟蹤問題,提出了基于極限

4、環(huán)的避障控制算法,結(jié)合比例導(dǎo)航算法、人工勢能場方法和姿態(tài)穩(wěn)定控制算法,根據(jù)三者的優(yōu)缺點,提出了基于任務(wù)的動態(tài)目標跟蹤控制算法,利用模糊進化學習方法,通過模糊控制器和改進的遺傳算法,研究了控制參數(shù)和直接控制量的優(yōu)化搜索技術(shù),并建立了適合于仿真學習環(huán)境的機器人運動學和動力學模型,通過離線學習和在線實驗驗證了進化學習算法的有效性,分析了存在的問題.利用多智能體的理論和方法,研究了多機器人的控制結(jié)構(gòu),分析了慎思結(jié)構(gòu)和反應(yīng)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點和不足,提出