全方位移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制及規(guī)劃.pdf

1、本論文以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和國(guó)家863項(xiàng)目為背景，針對(duì)全方位移動(dòng)機(jī)器人的執(zhí)行存在偏差和時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃等問(wèn)題，系統(tǒng)的研究了全方位機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型以及軌跡規(guī)劃問(wèn)題，取得了如下具有創(chuàng)新性的研究成果：
　　1.提出一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的全方位移動(dòng)機(jī)器人速度補(bǔ)償算法。通過(guò)對(duì)全方位移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型詳細(xì)分析，以及對(duì)萬(wàn)向輪中主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的受力分析，本文發(fā)現(xiàn)萬(wàn)向輪中主動(dòng)輪和從動(dòng)輪之間的摩擦力是造成全方位移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)生執(zhí)行偏

2、差的主要原因。根據(jù)模型分析的結(jié)果，建立一個(gè)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的速度補(bǔ)償模型，實(shí)驗(yàn)和實(shí)際使用證明該補(bǔ)償模型可以將機(jī)器人的執(zhí)行偏差從15％降低到5％。
　　2.提出一種基于bangbang控制的時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃算法。該算法克服了以往bangbang軌跡規(guī)劃方法只能處理目標(biāo)狀態(tài)末速度為零的缺陷。本文先重點(diǎn)研究了一維軌跡規(guī)劃問(wèn)題。根據(jù)機(jī)器人的初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)，提出一種新的分類標(biāo)準(zhǔn)，將一維軌跡規(guī)劃問(wèn)題分解為3個(gè)基本子問(wèn)題。通過(guò)對(duì)這3個(gè)基本子問(wèn)題

3、，分別采用bangbang控制算法進(jìn)行求解，從而完成目標(biāo)狀態(tài)速度為任意值的一維軌跡規(guī)劃問(wèn)題。在完成一維軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)上，進(jìn)行時(shí)間同步處理，完成二維軌跡規(guī)劃問(wèn)題。
　　3.提出一種參數(shù)化最優(yōu)控制軌跡規(guī)劃算法。該算法結(jié)合全方位機(jī)器人特殊的運(yùn)動(dòng)能力，將參數(shù)化軌跡算法進(jìn)行了有針對(duì)性的改進(jìn)，從而能夠更充分的發(fā)揮出全方位移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力。對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，參數(shù)化軌跡規(guī)劃算法得到的軌跡更加光滑流暢，軌跡執(zhí)行時(shí)間更短。當(dāng)初速度較大和初速度方向與位

4、移方向夾角較大時(shí)，參數(shù)化算法得到的軌跡要比bangbang算法生成的軌跡快10％以上。
　　4.針對(duì)機(jī)器人執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的規(guī)劃問(wèn)題，提出了一種基于PSO(粒子群優(yōu)化算法)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的松弛邊界條件軌跡規(guī)劃算法。常規(guī)的軌跡規(guī)劃算法主要是研究如何讓機(jī)器人安全的從一個(gè)位置導(dǎo)航到另一個(gè)位置。在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)器人執(zhí)行的任務(wù)往往要比導(dǎo)航任務(wù)復(fù)雜。軌跡規(guī)劃必須考慮在完成導(dǎo)航同時(shí)是否能有利于任務(wù)的完成。針對(duì)這類松弛邊界條件軌跡規(guī)劃問(wèn)題，本文結(jié)合前面提