移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航中的路徑規(guī)劃與跟蹤控制技術(shù)研究.pdf

1、本文的主要工作結(jié)合“地面智能機(jī)器人”“十五”計(jì)劃的工程需要，圍繞移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航研究中的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)一路徑規(guī)劃與跟蹤控制進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為“地面智能機(jī)器人”“十五”計(jì)劃工程的順利完成做出了貢獻(xiàn)。 首先全面分析了目前路徑規(guī)劃算法和跟蹤控制算法的發(fā)展現(xiàn)狀。對(duì)這些方法進(jìn)行歸納總結(jié)，評(píng)價(jià)各算法的性能差異，以便于比較研究。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了深入研究，取得了以下四項(xiàng)創(chuàng)新性成果和創(chuàng)新點(diǎn)。 針對(duì)室內(nèi)環(huán)境特點(diǎn)，提出一種基于模糊雷達(dá)方向權(quán)的

2、反應(yīng)式局部路徑規(guī)劃算法。利用三元組來描述機(jī)器人的環(huán)境與目標(biāo)信息，并設(shè)計(jì)模糊方向權(quán)函數(shù)，根據(jù)三元組推導(dǎo)方向權(quán)的權(quán)值。結(jié)合VFH+算法，對(duì)方向權(quán)進(jìn)行了濾波，以補(bǔ)償機(jī)器人寬度對(duì)避障的影響。 復(fù)雜環(huán)境下的機(jī)器人導(dǎo)航一直是機(jī)器人自主導(dǎo)航研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。本文根據(jù)輪式車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)，針對(duì)機(jī)器人導(dǎo)航中安全性問題以及算法實(shí)時(shí)性要求，給出一種適用于復(fù)雜環(huán)境下輪式車自主導(dǎo)航的局部路徑規(guī)劃算法。在綜合考慮路徑長度，算法實(shí)時(shí)性，移動(dòng)機(jī)器人避障安全性等

3、多個(gè)方面，給出視場(chǎng)范圍的可通行區(qū)域快速劃分算法，在此基礎(chǔ)上利用模糊子集對(duì)可通行區(qū)域進(jìn)行安全性評(píng)估。針對(duì)車體顛簸起伏對(duì)導(dǎo)航造成影響的問題，研究了地形高程對(duì)越野可通行性的影響，提取了反映地形起伏幅度特征。最后綜合以上因素，設(shè)計(jì)可通行區(qū)通過代價(jià)函數(shù)。 針對(duì)傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行路徑規(guī)劃時(shí)對(duì)每個(gè)障礙均設(shè)計(jì)一些特定的隱節(jié)點(diǎn)，當(dāng)障礙較多且環(huán)境障礙為動(dòng)態(tài)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)龐大且神經(jīng)元的閾值隨時(shí)間的變化而需要不斷改變的缺點(diǎn)，提出一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和粒子群算法

4、相結(jié)合的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，采用小波網(wǎng)絡(luò)和RBF網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的四層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時(shí)根據(jù)獲得的環(huán)境信息，利用粒子群對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，在規(guī)定的代數(shù)內(nèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化，使得機(jī)器人在移動(dòng)過程中能夠快速響應(yīng)環(huán)境信息的變化。 設(shè)計(jì)一種移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟蹤控制器并利用Lyapunov 穩(wěn)定性定理證明了該控制器的全局穩(wěn)定性。針對(duì)人為設(shè)定該類控制器參數(shù)工作量較大，根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人跟蹤控制過程的非線性本質(zhì)，提出了一種采用模糊非線性參數(shù)的跟蹤控

5、制方法。并在無先驗(yàn)知識(shí)的前提下，分別利用粒子群算法和蟻群算法自動(dòng)提取控制器參數(shù)的模糊規(guī)則基。 在上述工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的路徑規(guī)劃與跟蹤控制系統(tǒng)，進(jìn)行了多次室內(nèi)以及室外中等起伏環(huán)境下的實(shí)車試驗(yàn)，驗(yàn)證了算法的可行性和有效性。本文的研究主要基于國家部委一項(xiàng)跨行業(yè)重點(diǎn)預(yù)研項(xiàng)目“地面智能移動(dòng)機(jī)器人”和XX基礎(chǔ)研究項(xiàng)目“微小型地面移動(dòng)機(jī)器人”，在本文算法基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的路徑規(guī)劃與跟蹤控制系統(tǒng)作為其功能模塊，順利通過了部委專家組的驗(yàn)收與鑒定