未知环境下移动机器人路径规划

《未知环境下移动机器人路径规划》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、摘要移动机器人是集合环境感知、定位、控制决策等于一体的综合性系统，主要涉及机械、电子、计算机、自动控制等多门学科，是目前研究课题中的一个热点。移动机器人的用途十分广泛，现主要用于军事探测、道路检测、仓库搬运、智能家居以及娱乐等多个方面。移动机器人的环境感知系统主要由超声波传感器和电子罗盘计组成，为移动机器人提供障碍物距离和航向角度信息。利用强反射特性，超声波的测距原理采用的是时间差测距法；磁通门罗盘根据指南针的原理，通过产生的二次谐波分量对航向角度进行估计。将超声波传感器与电子罗盘合理地配置于不同的位置点，即可对移动机器人周围的环境进行检测。由于超声波的指向性较差，这里需要对多

2、个超声波传感器返回的距离值进行信息融合，并根据融合结果，系统将行驶环境划分为有障和无障两种模式。目前，最常用的驱动机构为双轮差分驱动式移动机器人。它的优点是：结构简单，反应灵敏且易控性强。本文理论地分析了该种机构的运动学模型，并在此基础上阐述了航姿推算定位法，为未知环境下机器人的行为决策奠定了基础。模糊控制不需要对被控对象建立数学模型，且自适应能力和鲁棒性强，常被用于基于行为控制的移动机器人。PID算法原理简单，但容易产生超调，因而对于非线性和时变系统难以实现精确控制。若采用模糊自适应PID控制，可根据环境的不同在线整定PID参数，从而消除超调现象，使移动机器人满足系统对自适应

3、性和鲁棒性的要求。本文对模糊控制和模糊自适应PID控制算法进行了理论分析，并根据环境模式的特点，提出了有障模式下的模糊控制和无障模式下的模糊自适应PID控制的方案。然而，由于控制算法的局限性，当遇到特殊地形时，移动机器人无法实现目标趋近行为。本文对U型陷阱和障碍物附近的目标点趋近两类问题进行了探讨，分别通过设置“虚拟目标点”和“距离放大法"解决了此两类问题。最后，本文对控制系统结构进行了总结，阐述了基于MATLABGUI的移动机器人控制仿真平台的设计原理；对移动机器人的路径规划进行了仿真研究，并给出了合理地解释。仿真结果表明，在非结构化的未知环境下，系统响应速度快，抗干扰能力强

4、，成功实现了从起点到静态目标点的安全行驶。关键词：移动机器人；模糊控制；模糊自适应PID控制；MATLABGUIAbstractMobilerobotisthesystemwhichincludestheenvironmentsensation，thelocalizationandthecontrolmethod．Itmainlyinvolvesmanydisciplines，suchasthemachinery，theelectron，thecomputerandtheautomaticcontr01．Itbecomesoneofthehottesttopicsinthepr

5、esentresearch．Now，mobilerobotisbeingwidelyusedinmanyaspects，suchasthemilitarysurvey，thepathexamination，thewarehousetransporting，theintelligencelivingandtheentertainment．Thesensationofthesystemismainlycomposedoftheultrasonicsensorandtheelectroniccompass．Itprovidesthedistanceoftheobstaclearoun

6、dandthedirectioninformation．Becausetheultrasonicwavehasstrongechoingcharacteristic，thesystemadoptstime—transitionmethodtomeasurethedistance．Thedirectionoftherobotisestimatedbytheelectroniccompassbasedonthesecondharmoniccomponent．Disposingtheultrasonicsensorandtheelectroniccompassreasonablyin

7、thedifferentpositionofthemobilerobot，thesystemmeasurestheenvironmentconstantly．Astheultrasonicwavehasbaddirectiveproperty，theinformationneedstobefused．Andaccordingtothefusionresult，thesystemdividestheenvironmentintotwotypes：theobstaclemodeandthenon