移動機器人控制系統設計

1、xx大學xx屆畢業(yè)論文0一、緒論（一）引言移動機器人技術是一門多科學交叉及綜合的高新技術，是機器人研究領域的一個重要分支，它涉及諸多的學科，包括材料力學、機械傳動、機械制造、動力學、運動學、控制論、電氣工程、自動控制理論、計算機技術、生物、倫理學等諸多方面。第一臺工業(yè)機器人于20世紀60年代初在美國新澤西州的通用汽車制造廠安裝使用。該產品在20世紀60年代出口到日本，從20世紀80年代中期起，對工業(yè)機器人的研究與應用在日本迅速發(fā)展并步入

2、了黃金時代。與此同時，移動機器人的研究工作也進入了快速發(fā)展階段。移動機器人按其控制方式的不同可以分為遙控式、半自動式和自主式三種；按其工作環(huán)境的不同可以分為戶外移動機器人和室內機器人兩種。自主式移動機器人可以在沒有人共干預或極少人共干預的條件下，在一定的環(huán)境中有目的的移動和完成指定的任務。自主式移動機器人是一個組成及結構非常復雜的系統，具有加速、減速、前進、后退以及轉彎燈功能，并具有任務分析，路徑規(guī)劃，導航檢測和信息融合，自主決策等類似

3、人類活動的人工智能。（二）移動機器人的主要研究方向1.體系結構技術1）分布式體系結構分布式體系結構【1.2.3】是多智能體技術在移動機器人研究領域的應用。智能體是指具有各自的輸入、輸出端口，獨立的局部問題求解能力，同時可以彼此通過協商協作求解單個或多個全局問題的系統。移動機器人系統，特別是具有高度自組織和自適應能力的系統，它們的內部功能模塊與智能體相仿，因此可以應用多智能體技術來分析和設計移動機器人系統的結構，實現系統整體的靈活性和高智

4、能性。在分布式體系結構中，各個功能模塊具有不同的輸入輸出對象和自身的不同功能，并行各工作，整個系統通過一個調度器實現整體的協調，包括制定總體目標、任務分配、運動協調和沖突消解等。2）進化控制體系結構面對任務的復雜性和環(huán)境的不確定性以及動態(tài)特性，移動機器人系統應該具有主動學習和自適應的能力。將進化控制的思想融入到移動機器人體系結構的設計中，使得系統哎具備較高反應速度大的同時，也具備高性能的學習和適應能力。文獻【4】提xx大學xx屆畢業(yè)論文

5、2使用一種爬山算法搜索可能的平移與轉動空間，來消除推測航行法的誤差累積。陸標定位【13】是在移動機器人工作的環(huán)境里，人為地設置一些已知的陸標，如超聲波發(fā)射器、激光反射板等，通過對陸標的探測來確定機器人自身的位姿。2）導航技術全局路徑規(guī)劃包括環(huán)境建模和路徑搜索策略兩個問題。其中環(huán)境建模的主要方法有：可視圖法、自由空間法和柵格法等?？梢晥D法【15】視機器人為一點，將機器人、目標點和障礙物各頂點之間以及各障礙物頂點和頂點之間的連線，均不能穿越

6、障礙物，即直線是可視的。搜索最優(yōu)路徑的問題就轉化為從起點到目標點經過這些可視直線的最短距離問題。VonoiDiagrams法和TangentGraph法【16】對可視圖法進行了改進；自由空間法應用于機器人路徑規(guī)劃，采用預先定義的如廣義錐形和凸多邊形【17】等基本形狀構造自由空間，并將自由空間表示為連通圖，通過搜索連通圖來進行路徑規(guī)劃。該法以柵格為單位記錄環(huán)境信息，環(huán)境被量化具有一定分辨率的柵格，柵格的大小直接影響著環(huán)境信息存儲量的大小和

7、規(guī)劃時間的長短。柵格劃分打了，環(huán)境信息存儲量小，規(guī)劃時間按短，但分辨率下降，在密集環(huán)境下發(fā)現路徑的能力減弱；柵格劃分小了環(huán)境分辨率高，在密集環(huán)境下發(fā)現路徑的能力強，但環(huán)境信息存儲量打，規(guī)劃時間長，可采用改進的柵格法【19】彌補柵格法的不足。路徑搜索策略主要由：A算法【20】和D最優(yōu)算法【21】等。局部路徑規(guī)劃的主要方法有：人工勢場法（ArtificialPotentialField）、遺傳算法（GeicAlgithm）和模糊邏輯算法（F

8、uzzyLogicAlgithm）等。人工勢場法【22】是由Khatib提出的一種虛擬力法。其基本思想是將機器人在環(huán)境中的運動視為一種虛擬的人工受力場中的運動。障礙物對機器人產生斥力，目標點產生引力，引力和斥力的合力作為機器人的加速力，來控制機器人的運動方向和計算機器人的位置。J.Holl【24】在60年代初提出了遺傳算法，以自然遺傳機制和自然選擇等生物進化理論為基礎，構造了一類隨機搜索算法。它是利用選擇、交叉和變異來培養(yǎng)控制機構的計算

9、程序，在冒種程度上對生物進化過程做數學方式的模擬。它不要求適應度函數是可導或連續(xù)的，而只要求適應度函數為正，同時作為并行算法，它的隱并行性適用于全局搜索?；趯崟r傳感信息的模糊邏輯算法【25】參考人的駕駛經驗，通過查表得到規(guī)劃信息，實現局部路徑規(guī)劃。該方法克服了勢場易產生的局部極小問題，適用于時變未知環(huán)境下的路徑規(guī)劃，實時性較好。3.運動控制策略運動控制就是控制移動機器人按規(guī)定的軌跡運動，控制器的好壞對機器人的性能有著直接影響，因此這部