輪式移動(dòng)機(jī)器人智能控制的理論與實(shí)踐.pdf

1、本文針對(duì)輪式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的智能控制問(wèn)題,對(duì)其運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人視覺(jué)、視覺(jué)伺服、路徑規(guī)劃、進(jìn)化學(xué)習(xí)等理論和方法進(jìn)行了研究,并開(kāi)發(fā)出多機(jī)器人智能控制系統(tǒng)的軟件與硬件平臺(tái).輪式移動(dòng)機(jī)器人是典型的非完整約束機(jī)構(gòu),無(wú)法通過(guò)線性反饋獲得姿態(tài)穩(wěn)定.本文根據(jù)多種移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型,分析了非完整約束機(jī)器人軌跡跟蹤和姿態(tài)穩(wěn)定的能控性,運(yùn)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(duì)坐標(biāo)的移動(dòng)機(jī)器人姿態(tài)穩(wěn)定控制律,后者避

2、開(kāi)了Brockett定理的限制,使得通過(guò)線性反饋就能獲得姿態(tài)的穩(wěn)定;分析了移動(dòng)機(jī)器人多電機(jī)控制的同步性問(wèn)題,提出了同步控制的策略,通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制算法的有效性.針對(duì)高速實(shí)時(shí)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的要求,分析了攝像機(jī)、采集卡、外觸發(fā)裝置和閃光燈的時(shí)間序列,估算了圖像采集過(guò)程中的延遲和等待時(shí)間,設(shè)計(jì)了足球機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的硬件和軟件,提出了基于顏色的多機(jī)器人視覺(jué)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(jī)器人的標(biāo)識(shí)技術(shù)以及視差補(bǔ)償技術(shù),通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此套技術(shù)的魯棒性,即快速、準(zhǔn)確和可靠;對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人的視覺(jué)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(jī)器人自由度數(shù)不對(duì)稱時(shí)的解決辦法,研究了基于圖像的移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)伺服控制模型,推導(dǎo)了輪式移動(dòng)機(jī)器人的圖像雅可比矩陣,建立了視覺(jué)伺服控制的時(shí)間模型,對(duì)存在的延遲和等待問(wèn)題,利用Kalman濾波進(jìn)行預(yù)測(cè)和補(bǔ)償,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其有效性.對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤問(wèn)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(shì)能場(chǎng)方法和姿態(tài)穩(wěn)定控制算法,根據(jù)三者的優(yōu)缺點(diǎn),提出了基于任務(wù)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤控制算法,利用模糊進(jìn)化學(xué)習(xí)方法,通過(guò)模糊控制器和改進(jìn)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(xué)習(xí)環(huán)境的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,通過(guò)離線學(xué)習(xí)和在線實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了進(jìn)化學(xué)習(xí)算法的有效性,分析了存在的問(wèn)題.利用多智能體的理論和方法,研究了多機(jī)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(diǎn)和不足,提出