移动机器人路径跟踪及运动控制的研究

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1、济南大学硕士学位论文摘要移动机器人在军事侦察、工业自动化生产的物料搬运等方面应用非常广泛，这些应用的实质很大一部分都属于路径跟踪控制的问题。近年来，由于移动机器人广泛的应用前景，移动机器人的路径跟踪问题和运动控制问题成为移动机器人研究中的关键技术之一，正在得到越来越多的关注，取得了一些颇具应用价值的成果，成为机器人技术发展的趋势。在实践中，数以万计的由轮式移动机器人从事的实际应用推动着轮式移动机器人研究领域的发展。研究非完整约束的移动机器人具有很强的理论和实际意义。随着计算机技术的迅速发展，加之移动机器人任务复杂性的

2、增加，各种新的智能算法不断涌现，移动机器人开始向商业化和智能化发展。目前，移动机器人的智能化研究已经取得了一定的成果。但是，功能较完备的路径跟踪控制方法普遍具有计算复杂，不易实现等特点，所以移动机器人的路径跟踪和运动控制问题吸引了国内外大批的研究学者进行研究。本文以PioneerIII移动机器人为控制对象，针对四轮式移动机器人的路径跟踪控制问题展开理论和应用研究。首先移动机器人是一个非完整系统，在分析非完整系统的基础上，建立了非完整移动机器人的数学模型。结合机器人运动学模型，采用模糊算法，构造了机器人路径跟踪的模糊控

3、制系统，它不依赖于对象的精确的数学模型，能有效地克服被控对象存在的非线性和不确定性的影响。基于模糊控制方法的路径跟踪控制研究，他的主要思想是基于人工驾驶的思想，在初始偏差较大的情况下调整机器人的角度并规划临时路径，采用模糊控制技术，分别设计了角速度和速度模糊控制器，角速度模糊控制器用角度误差和距离误差作为控制量，速度模糊控制器用理想路径的曲率和距离误差作为控制量，同时对角速度和速度进行控制来实现移动机器人路径跟踪，实现了机器人跟踪路径的目的。通过对初始角度的精确调整，使得角速度模糊控制器变得简便，提高了跟踪的效率。最

4、后用C++编写程序，在室内环境下设定移动机器人对直线和圆形路径分别进行了跟踪仿真，仿真的结果表明移动机器人成功的跟踪上理想路径，跟踪效果良好稳定，克服模型不确定的影响和外界干扰，证明了该控制器的有效性。并且在PioneerIII移动机器人上及圆形路径的跟踪实验，多次实验结果表明，机器人可以比较稳定的跟踪路径，证明了算法的有效性。以上提出的方法能够实现非完整移动机器人从初始位姿出发沿着规划的路径向111移动机器人路径跟踪及运动控制的研究指定位姿运动，并最终到达指定位姿。关键词：非完整；移动机器人；路径跟踪；模糊算法IV

5、济南大学硕士学位论文AbstractThemobilerobotshaveveryextensiveapplicationsinmanydomains．Forexample，militaryscoutandmaterielconveyinginautomationproduction．Theessentialoftheseapplicationsmostlybelongstotheproblemofpathfollowingcontrolforthemobilerobot．Inrecentyears，becauseo

6、fthewilddevelopmentofmobilerobot，theproblemofpathfollowingcontrolandmotioncontrolwereoneofthekeytechnologyontheresearchofthemobilerobot．Theproblemhasbeenpaidmuchattentioninallovertheworld．Andsomequiteworthyfruitsabouttheproblemhavebeengotten．Theproblemisthedire

7、ctionofdevelopmentonrobottechnology．Inpractice，thedevelopmentofwheeledmobilerobotsresearchfieldispromotedbythemyriadofpracticalapplicationsthatcallbeaddressedbymobilerobots．Thereforetheresearchofwheeledmobilerobotswithnon．holonomieconstraintshastheoreticalandpr

8、acticalmeaning．Withtherapiddevelopmentofcomputertechnologyandtheincreasingoftaskcomplexity,manykindsofnewintelligentalgorithmsappear．Therequirementofthemobilerobothasdevelop