崎嶇地面機(jī)器人姿態(tài)估計與運(yùn)動規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、崎嶇地面上的輪式移動機(jī)器人技術(shù)逐漸成為人們研究的熱點，本課題在國家自然科學(xué)基金項目“輪式移動機(jī)器人在崎嶇地面的低能耗通過性控制的方法研究(60775060)”的支持下，對崎嶇地面上移動機(jī)器人的姿態(tài)估計，崎嶇地形的運(yùn)動規(guī)劃和控制，以及機(jī)器人運(yùn)動學(xué)建模和控制系統(tǒng)軟件設(shè)計進(jìn)行研究。
　　 首先，采用德魯內(nèi)(Delaunay)三角剖分算法對崎嶇環(huán)境進(jìn)行建模；基于齊次坐標(biāo)變換方法建立機(jī)器人運(yùn)動學(xué)位姿模型，給出崎嶇地面上一種輪式移動機(jī)器人的

2、姿態(tài)估計算法。該算法基于機(jī)器人在松軟地面上力分布引起的附加車輪下陷，可依據(jù)崎嶇地面數(shù)字高程圖實現(xiàn)對機(jī)器人俯仰角、側(cè)傾角、差分角以及機(jī)器人參考點高度的估計。仿真分析和實驗研究均表明該算法可以應(yīng)用于機(jī)器人崎嶇地形地面通過性判定、力控制研究以及穩(wěn)定性研究，并開發(fā)出基于MATALAB的姿態(tài)估計算法軟件包。
　　 其次，考慮機(jī)器人物理尺寸模型以及地面的相對不平度對運(yùn)動規(guī)劃的影響，以地面不平度和路徑長度作為目標(biāo)函數(shù)采用迪克斯特拉(Dijks

3、tra)算法對機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動規(guī)劃，對已規(guī)劃路徑的評估中考慮機(jī)器人靜態(tài)穩(wěn)定性、地面通過性及三維地形中可能存在的不確定性。而后將仿真結(jié)果與基于質(zhì)點的運(yùn)動規(guī)劃方法進(jìn)行對比，編寫運(yùn)動規(guī)劃與仿真軟件包。
　　 第三，建立機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型，包括崎嶇地形運(yùn)動學(xué)模型(三維運(yùn)動學(xué))和平坦地面運(yùn)動學(xué)模型，并且對兩種建模方法進(jìn)行了分析和比較。推導(dǎo)機(jī)器人第五輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)，提出基于運(yùn)動學(xué)模型的機(jī)器人定位與控制方法。通過平坦地面和崎嶇地面機(jī)器人實驗驗證了該