移動機器人控制系統(tǒng)設(shè)計

1、xx大學(xué)xx屆畢業(yè)論文0一、緒論（一）引言移動機器人技術(shù)是一門多科學(xué)交叉及綜合的高新技術(shù)，是機器人研究領(lǐng)域的一個重要分支，它涉及諸多的學(xué)科，包括材料力學(xué)、機械傳動、機械制造、動力學(xué)、運動學(xué)、控制論、電氣工程、自動控制理論、計算機技術(shù)、生物、倫理學(xué)等諸多方面。第一臺工業(yè)機器人于20世紀(jì)60年代初在美國新澤西州的通用汽車制造廠安裝使用。該產(chǎn)品在20世紀(jì)60年代出口到日本，從20世紀(jì)80年代中期起，對工業(yè)機器人的研究與應(yīng)用在日本迅速發(fā)展并步入

2、了黃金時代。與此同時，移動機器人的研究工作也進入了快速發(fā)展階段。移動機器人按其控制方式的不同可以分為遙控式、半自動式和自主式三種；按其工作環(huán)境的不同可以分為戶外移動機器人和室內(nèi)機器人兩種。自主式移動機器人可以在沒有人共干預(yù)或極少人共干預(yù)的條件下，在一定的環(huán)境中有目的的移動和完成指定的任務(wù)。自主式移動機器人是一個組成及結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，具有加速、減速、前進、后退以及轉(zhuǎn)彎燈功能，并具有任務(wù)分析，路徑規(guī)劃，導(dǎo)航檢測和信息融合，自主決策等類似

3、人類活動的人工智能。（二）移動機器人的主要研究方向1.體系結(jié)構(gòu)技術(shù)1）分布式體系結(jié)構(gòu)分布式體系結(jié)構(gòu)【1.2.3】是多智能體技術(shù)在移動機器人研究領(lǐng)域的應(yīng)用。智能體是指具有各自的輸入、輸出端口，獨立的局部問題求解能力，同時可以彼此通過協(xié)商協(xié)作求解單個或多個全局問題的系統(tǒng)。移動機器人系統(tǒng)，特別是具有高度自組織和自適應(yīng)能力的系統(tǒng)，它們的內(nèi)部功能模塊與智能體相仿，因此可以應(yīng)用多智能體技術(shù)來分析和設(shè)計移動機器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)系統(tǒng)整體的靈活性和高智

4、能性。在分布式體系結(jié)構(gòu)中，各個功能模塊具有不同的輸入輸出對象和自身的不同功能，并行各工作，整個系統(tǒng)通過一個調(diào)度器實現(xiàn)整體的協(xié)調(diào)，包括制定總體目標(biāo)、任務(wù)分配、運動協(xié)調(diào)和沖突消解等。2）進化控制體系結(jié)構(gòu)面對任務(wù)的復(fù)雜性和環(huán)境的不確定性以及動態(tài)特性，移動機器人系統(tǒng)應(yīng)該具有主動學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的能力。將進化控制的思想融入到移動機器人體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，使得系統(tǒng)哎具備較高反應(yīng)速度大的同時，也具備高性能的學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力。文獻(xiàn)【4】提xx大學(xué)xx屆畢業(yè)論文

5、2使用一種爬山算法搜索可能的平移與轉(zhuǎn)動空間，來消除推測航行法的誤差累積。陸標(biāo)定位【13】是在移動機器人工作的環(huán)境里，人為地設(shè)置一些已知的陸標(biāo)，如超聲波發(fā)射器、激光反射板等，通過對陸標(biāo)的探測來確定機器人自身的位姿。2）導(dǎo)航技術(shù)全局路徑規(guī)劃包括環(huán)境建模和路徑搜索策略兩個問題。其中環(huán)境建模的主要方法有：可視圖法、自由空間法和柵格法等?？梢晥D法【15】視機器人為一點，將機器人、目標(biāo)點和障礙物各頂點之間以及各障礙物頂點和頂點之間的連線，均不能穿越

6、障礙物，即直線是可視的。搜索最優(yōu)路徑的問題就轉(zhuǎn)化為從起點到目標(biāo)點經(jīng)過這些可視直線的最短距離問題。VonoiDiagrams法和TangentGraph法【16】對可視圖法進行了改進；自由空間法應(yīng)用于機器人路徑規(guī)劃，采用預(yù)先定義的如廣義錐形和凸多邊形【17】等基本形狀構(gòu)造自由空間，并將自由空間表示為連通圖，通過搜索連通圖來進行路徑規(guī)劃。該法以柵格為單位記錄環(huán)境信息，環(huán)境被量化具有一定分辨率的柵格，柵格的大小直接影響著環(huán)境信息存儲量的大小和

7、規(guī)劃時間的長短。柵格劃分打了，環(huán)境信息存儲量小，規(guī)劃時間按短，但分辨率下降，在密集環(huán)境下發(fā)現(xiàn)路徑的能力減弱；柵格劃分小了環(huán)境分辨率高，在密集環(huán)境下發(fā)現(xiàn)路徑的能力強，但環(huán)境信息存儲量打，規(guī)劃時間長，可采用改進的柵格法【19】彌補柵格法的不足。路徑搜索策略主要由：A算法【20】和D最優(yōu)算法【21】等。局部路徑規(guī)劃的主要方法有：人工勢場法（ArtificialPotentialField）、遺傳算法（GeicAlgithm）和模糊邏輯算法（F

8、uzzyLogicAlgithm）等。人工勢場法【22】是由Khatib提出的一種虛擬力法。其基本思想是將機器人在環(huán)境中的運動視為一種虛擬的人工受力場中的運動。障礙物對機器人產(chǎn)生斥力，目標(biāo)點產(chǎn)生引力，引力和斥力的合力作為機器人的加速力，來控制機器人的運動方向和計算機器人的位置。J.Holl【24】在60年代初提出了遺傳算法，以自然遺傳機制和自然選擇等生物進化理論為基礎(chǔ)，構(gòu)造了一類隨機搜索算法。它是利用選擇、交叉和變異來培養(yǎng)控制機構(gòu)的計算

9、程序，在冒種程度上對生物進化過程做數(shù)學(xué)方式的模擬。它不要求適應(yīng)度函數(shù)是可導(dǎo)或連續(xù)的，而只要求適應(yīng)度函數(shù)為正，同時作為并行算法，它的隱并行性適用于全局搜索?；趯崟r傳感信息的模糊邏輯算法【25】參考人的駕駛經(jīng)驗，通過查表得到規(guī)劃信息，實現(xiàn)局部路徑規(guī)劃。該方法克服了勢場易產(chǎn)生的局部極小問題，適用于時變未知環(huán)境下的路徑規(guī)劃，實時性較好。3.運動控制策略運動控制就是控制移動機器人按規(guī)定的軌跡運動，控制器的好壞對機器人的性能有著直接影響，因此這部