移動機(jī)器人路徑規(guī)劃與跟蹤控制方法的研究.pdf

1、隨著移動機(jī)器人MR(Mobile Robot)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,要求其能根據(jù)工作任務(wù)需要,通過對外界環(huán)境信息和自身運(yùn)動狀態(tài)的感知,安全、準(zhǔn)時地以要求的姿態(tài)到達(dá)目的地。為此,MR需根據(jù)環(huán)境信息和要求的目標(biāo)位姿規(guī)劃一條可行的最優(yōu)或次優(yōu)路徑,并根據(jù)自身的運(yùn)動狀態(tài)信息實時調(diào)整運(yùn)動控制量以跟蹤規(guī)劃路徑至目標(biāo)點。可見,MR應(yīng)具有環(huán)境感知、動態(tài)決策與路徑規(guī)劃、運(yùn)動控制等功能。論文以MR為研究對象,分別從全局路徑規(guī)劃、局部路徑規(guī)劃與路徑跟蹤控制方法為

2、主要內(nèi)容展開了相關(guān)研究。具體進(jìn)行的研究工作如下;
　　1.本文在介紹常見的環(huán)境建模方法與路徑規(guī)劃方法的基礎(chǔ)上,選用可視圖法對已知障礙物信息的環(huán)境進(jìn)行建模,設(shè)計了具有精英保留策略的免疫遺傳算法對MR進(jìn)行全局路徑規(guī)劃。仿真實驗結(jié)果表明,采用論文所進(jìn)行的研究可為MR規(guī)劃一條通過可選路徑節(jié)點的最優(yōu)或次優(yōu)的折線路徑,且路徑規(guī)劃效率高。
　　2.對差速驅(qū)動輪式移動機(jī)器人DDWMR(Different Driving Wheeled Mo

3、bile Robot),受驅(qū)動機(jī)構(gòu)制約,很難控制其沿折線路徑平穩(wěn)運(yùn)動。為此,論文分析了DDWMR運(yùn)動學(xué)模型,為控制其跟蹤規(guī)劃的全局路徑,設(shè)計了Newton-Hermite混合插值法以對全局路徑進(jìn)行局部路徑規(guī)劃,使保證DDWMR以要求的姿態(tài)平穩(wěn)地到達(dá)目標(biāo)位置。仿真研究表明,采用Newton-Hermite混合插值法對全局路徑進(jìn)行局部路徑規(guī)劃,并控制DDWMR跟蹤此路徑,能保證MR運(yùn)動的平穩(wěn)性和到達(dá)目標(biāo)點的姿態(tài)。同時,對混合插值法中的Her

4、mite插值方法做了進(jìn)一步研究,分別將Newton分別與三次Hermite和五次Hermite組合進(jìn)行局部路徑規(guī)劃。研究證明,DDWMR均能平穩(wěn)地跟蹤由Newton-3Hermite和 Newton-5Hermite插值法得到的規(guī)劃路徑,并以要求的姿態(tài)到達(dá)目標(biāo)點;相對地,DDWMR跟蹤由Newton-5Hermite插值法得到的路徑時的運(yùn)動平穩(wěn)性更高。
　　3.本文根據(jù)DDWMR的結(jié)構(gòu)特點,設(shè)計了基于反饋控制的自適應(yīng)運(yùn)動控制器。分

5、析了參數(shù)ay和aa對DDWMR軌跡跟蹤效果的影響,研究表明,不同參數(shù)應(yīng)采用不同的取值策略。同時,對自適應(yīng)控制器中的參數(shù)ay采用模糊實時調(diào)整,不僅能提高DDWMR路徑跟蹤的運(yùn)動平穩(wěn)性,也能有效提高跟蹤軌跡的快速性和精度。
　　4.本文將設(shè)計的局部路徑規(guī)劃方法應(yīng)用于XAUT.AGVF-500上進(jìn)行了通過給定路徑節(jié)點的規(guī)劃路徑和跟蹤實驗。實驗結(jié)果驗證了仿真結(jié)果的正確性。論文所設(shè)計的Newton-Hermite混合插值的局部路徑規(guī)劃方法可