非完整移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究.pdf

1、移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)典型具有非完整約束的非完整控制系統(tǒng),非完整移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究有助于解決例如應(yīng)用非常廣泛的工業(yè)機(jī)器人的高精度裝配以及完成各種細(xì)微的操作、外星球表面機(jī)器人探索運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題.因此其研究在工業(yè)、社會(huì)服務(wù)、國(guó)防等領(lǐng)域具有非常重要的意義.論文完成的主要工作包括以下幾個(gè)方面:針對(duì)非完整移動(dòng)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)約束條件下提出了一種運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法.該方法針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人工作在已知的環(huán)境,先由規(guī)劃器規(guī)劃出一條最短路徑,再修正并采用立方螺線

2、對(duì)其光滑化,從而使得移動(dòng)機(jī)器人易于跟蹤所規(guī)劃的路經(jīng),同時(shí)考慮了移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)際速度限制,以防止移動(dòng)機(jī)器人超負(fù)荷或打滑.研究了非完整輪式移動(dòng)機(jī)器人在未知或已知環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題.首先通過(guò)輸入輸出線性化方法,設(shè)計(jì)了一個(gè)包含人工勢(shì)函數(shù)的梯度反饋控制器,使得移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)生繞過(guò)障礙物的無(wú)碰撞路經(jīng),然后再驅(qū)動(dòng)機(jī)器人跟蹤此路經(jīng).由于人工勢(shì)函數(shù)是通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)反饋的信息構(gòu)造而成的,其結(jié)果使得移動(dòng)機(jī)器人能夠工和于已知或未知的工作環(huán)境.非完整移動(dòng)機(jī)器人在

3、未知室內(nèi)環(huán)境中工作必須配備視覺(jué)系統(tǒng),我們采用了一套簡(jiǎn)單的超聲波系統(tǒng),通過(guò)利用超聲波傳感器對(duì)周圍環(huán)境的探測(cè)和實(shí)時(shí)處理傳感器數(shù)據(jù),以及所設(shè)計(jì)的目標(biāo)尋找函數(shù),可以有效地完成其運(yùn)動(dòng)規(guī)劃,其能夠確保移動(dòng)機(jī)器人在無(wú)障礙物區(qū)或障礙物對(duì)機(jī)器人不構(gòu)成危險(xiǎn)時(shí)加速前進(jìn),在障礙物區(qū)慢速繞過(guò),從而使得移動(dòng)機(jī)器人快速且安全地到達(dá)目標(biāo)位置.利用移動(dòng)機(jī)器人上配備的傳感器信息的組合提出了一種在線子目標(biāo)點(diǎn)尋找方案,通過(guò)周圍環(huán)境中的障礙物來(lái)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的位置進(jìn)行校正,以降低

4、運(yùn)動(dòng)的不確定性,從而得到一種魯棒的規(guī)劃算法.由于移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械手組合的移動(dòng)機(jī)械臂系統(tǒng)需要考慮到兩者的協(xié)調(diào)控制,因而其控制更復(fù)雜,為此采用了拉格朗日動(dòng)力學(xué)方法和非完整動(dòng)力學(xué)羅茲方程建立了三連桿移動(dòng)機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,同時(shí)利用該模型采用了人工勢(shì)函數(shù)方法來(lái)驅(qū)使移動(dòng)機(jī)械臂系統(tǒng)完成其運(yùn)動(dòng)規(guī)劃.根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人跟蹤控制和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的目的,設(shè)計(jì)了一套移動(dòng)機(jī)器人的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),其中包括計(jì)算機(jī)控制部分、直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、視覺(jué)系統(tǒng)部分和電機(jī)轉(zhuǎn)向分辨