【摘要】：全向輪式移動機器人因自重較輕、承載能力大、結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動控制相對方便和朝任意方向移動等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)、服務(wù)和人們的日常生活中。例如自助服務(wù)的送餐機器人、物流配送的分揀機器人、家庭生活的掃地機器人,它們普遍采用輪式移動底盤,可以在室內(nèi)環(huán)境下實現(xiàn)特定的任務(wù),降低了人工成本,提高了人們的生活水平。在一些復雜作業(yè)及危險的工作環(huán)境中,輪式移動機器人所體現(xiàn)出來的作用更是無可替代的,因此輪式移動機器人具有很好的學術(shù)研究意義和現(xiàn)實應(yīng)用價值。論文以三輪全向移動機器人為研究對象,主要研究移動機器人的室內(nèi)路徑跟蹤控制問題。由于參數(shù)擾動和外界干擾等結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性因素會影響三輪全向移動機器人的運動性能,會出現(xiàn)移動機器人路徑跟蹤運動控制精度低,跟蹤誤差大和跟蹤時間長等問題。為解決這些問題,使移動機器人精確地跟蹤設(shè)定路徑和規(guī)劃路徑,本文開展了室內(nèi)移動機器人路徑跟蹤控制方法的研究。在分析,借鑒國內(nèi)外已有的類似文獻和研究基礎(chǔ)上,作出如下研究:(1)概述了移動機器人和路徑跟蹤控制方法的國內(nèi)外研究狀況,對當前已有的移動機器人結(jié)構(gòu)和控制方法比較分析,突出了本文研究對象和研究算法的特點。介紹三輪全向移動機器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),描述機器人系統(tǒng)常用的兩種坐標系和坐標變換,通過運動學分析,闡述了三輪全向移動機器人的運動學和位姿誤差模型。(2)通過分析三輪全向移動機器人的運動特性及數(shù)學模型,選擇基于三輪全向移動機器人系統(tǒng)運動學模型的控制方案,描述了路徑跟蹤控制系統(tǒng)。初步探討了A*路徑規(guī)劃算法,利用A*算法進行移動機器人路徑規(guī)劃仿真實驗,規(guī)劃出兩條無碰撞最優(yōu)路徑,并把該路徑作為參考路徑。(3)對室內(nèi)移動機器人滑模路徑跟蹤控制算法進行研究,在指數(shù)滑模變結(jié)構(gòu)控制方法(ESMC)路徑跟蹤控制仿真研究的基礎(chǔ)上,為有效解決指數(shù)趨近律中趨近系數(shù)和趨近速率不易調(diào)整,趨近速率過大會導致抖振以及指數(shù)趨近速度不足的問題,提出一種改進型趨近律的滑模變控制算法(ISMC),用組合函數(shù)替換指數(shù)趨近律的趨近速率,利用改進趨近律設(shè)計滑�？刂破�,使得控制器輸出量相對穩(wěn)定,并選取合適的Lyapunov函數(shù),證明了此控制方法的穩(wěn)定性。再對三輪全向移動機器人進行仿真,分析不同路徑下路徑跟蹤的結(jié)果,并在相同條件下與指數(shù)控制器的仿真結(jié)果比較,跟蹤誤差變小,控制效果改善。(4)在真實室內(nèi)環(huán)境下,利用搭建的三輪全向移動機器人系統(tǒng)將改進的滑模跟蹤控制律應(yīng)用到移動機器人平臺上進行跟蹤橢圓和實際路徑實驗。結(jié)果表明,在18s內(nèi)跟蹤誤差逐漸收斂為0,最大跟蹤誤差小于50mm,有效減弱滑模固有的抖振問題,更好地實現(xiàn)了移動機器人的路徑跟蹤控制,驗證了改進滑�？刂破鞯挠行院涂尚行浴�
【學位授予單位】：廣西科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242;TP273
【圖文】：

5圖 1-1 整體工作圖Figure 1-1 Overall work diagram目的有三個：一是在保證線速度和角速度穩(wěn)定的基任務(wù)；二是移動機器人要在路徑跟蹤過程中體現(xiàn)跟擇與改進路徑跟蹤控制算法，要求算法易于實現(xiàn)，法的有效性。內(nèi)容是以三輪全向移動機器人為研究對象，通過調(diào)制過程中的速度和角速度，確保它們變化的穩(wěn)定性動機器人對平面內(nèi)某條參考路徑的跟蹤并達到理想作安排如下：。介紹了課題的研究背景和意義，綜述移動機器人

述了它的基本結(jié)構(gòu)，通過運動學分析，推導得出三輪全向移動機器人的運動學和位姿誤差模型。2.1 輪式移動機器人種類輪式移動機器人種類繁多，分別按照車輪數(shù)、運動約束、自由度以及控制方式來分類[28]。（1）按車輪個數(shù)劃分輪式移動機器人車輪個數(shù)通常是兩個、三個、四個、六個、或八個滾輪。車輪與地面之前的兩種接觸為滑動接觸、滾動接觸。根據(jù)是否存在推進力，車輪分為驅(qū)動（主動）輪和從動（自位）輪。自位輪沿著旋轉(zhuǎn)軸開始轉(zhuǎn)動，直到旋轉(zhuǎn)結(jié)束的時間內(nèi)，驅(qū)動輪會相應(yīng)產(chǎn)生滑動，但是無法確定移動量和旋轉(zhuǎn)角度。按照單個車輪的自由度又可以把車輪劃分為：標準輪、小腳輪、瑞典輪、球形輪。不同車輪如圖 2-所示。

由度劃分為差速輪式(differential-drive)移機器人。差速輪式移動機器人的運動效率并且車輪的運動方向會受到限制。全方位自由度的平面運動，一般情況下適用于高分有：程序數(shù)值控制式、示教再現(xiàn)式、遙控機器人采用的都是自主控制式。機器人結(jié)構(gòu)人的結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示，包括車體、車輪、機構(gòu)。

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王宏玉;;移動機器人行業(yè):百花齊放,快速發(fā)展[J];物流技術(shù)與應(yīng)用;2019年03期

2 張淇元;;自適應(yīng)巡航移動機器人的構(gòu)建與編程[J];數(shù)字通信世界;2017年10期

3 趙杰;;以世賽集訓為引領(lǐng) 推動學院水平提升——44屆世賽移動機器人項目集訓介紹[J];中國培訓;2018年03期

4 楊洪志;;移動機器人的雙臂結(jié)構(gòu)設(shè)計要點研究[J];南方農(nóng)機;2018年14期

5 任芳;;移動機器人助力無人倉落地——訪杭州�？禉C器人技術(shù)有限公司副總裁吳堯[J];物流技術(shù)與應(yīng)用;2018年10期

6 劉銀萍;;全向移動機器人中電動機控制系統(tǒng)的研究[J];微電機;2016年12期

7 張燕;徐一超;盛洲;;A*算法在移動機器人自學習中的使用[J];單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;2016年11期

8 薛金水;張新政;;改進遺傳算法優(yōu)化移動機器人動態(tài)路徑研究[J];機床與液壓;2017年07期

9 張皓;;四輪全向移動機器人轉(zhuǎn)彎半徑的研究[J];價值工程;2017年09期

10 劉桓;;移動機器人底盤的設(shè)計與研究[J];機械工程師;2017年08期

相關(guān)會議論文 前10條

1 陳煒;馬利;王立柱;;雙臂移動機器人在不平路面激勵下的振動特性分析[A];第十屆動力學與控制學術(shù)會議摘要集[C];2016年

2 王潤孝;仲于海;;四足移動機器人研究現(xiàn)狀及核心關(guān)鍵技術(shù)[A];2017年第七屆全國地方機械工程學會學術(shù)年會暨海峽兩岸機械科技學術(shù)論壇論文集[C];2017年

3 湯亞鋒;姚紅;楊慶;;氣浮式移動機器人的模糊運動控制方法[A];2009年中國智能自動化會議論文集（第一分冊）[C];2009年

4 李斌;劉景泰;孫雷;王鴻鵬;李寶炯;;面向復雜環(huán)境作業(yè)的輪式滑動轉(zhuǎn)向移動機器人平臺設(shè)計[A];2009年中國智能自動化會議論文集（第二分冊）[C];2009年

5 趙暉;王天然;劉德林;;分布式數(shù)據(jù)庫在移動機器人中的應(yīng)用[A];第十屆全國數(shù)據(jù)庫學術(shù)會議論文集[C];1992年

6 李偉;江曉佳;王彥昕;王永強;;基于模糊邏輯推理的室外移動機器人道路邊沿抽取的方法[A];1995年中國智能自動化學術(shù)會議暨智能自動化專業(yè)委員會成立大會論文集（上冊）[C];1995年

7 高志軍;顏國正;丁國清;顏德田;;多移動機器人間通訊機制的設(shè)計與實現(xiàn)[A];中國儀器儀表學會第三屆青年學術(shù)會議論文集（上）[C];2001年

8 郭丙華;胡躍明;吳忻生;;未知或已知環(huán)境中的非完整移動機器人運動規(guī)劃[A];第二十一屆中國控制會議論文集[C];2002年

9 劉國棟;呂福生;謝宏斌;;基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動機器人的路徑規(guī)劃研究[A];2003年中國智能自動化會議論文集（上冊）[C];2003年

10 李世華;田玉平;;一種非完整移動機器人有限時間跟蹤控制算法[A];江蘇省自動化學會七屆四次理事會暨2004學術(shù)年會青年學者論壇論文集[C];2004年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 本報記者 黃辛 趙廣立;給移動機器人裝上“最強大腦”[N];中國科學報;2018年

2 記者 張紅波;云南技師學院鄭棋元勇奪第45屆世界技能大賽移動機器人項目金牌[N];云南經(jīng)濟日報;2019年

3 湖南日報記者 姚學文;馳眾 躋身工業(yè)移動機器人第一方陣[N];湖南日報;2018年

4 本報記者 郝曉明;移動機器人“冰屏”炫舞“北京八分鐘”[N];科技日報;2018年

5 沈陽日報、沈報融媒記者 李海英;炫舞“北京8分鐘” 沈陽新松移動機器人團隊榮獲“市長特別獎”[N];沈陽日報;2018年

6 本報記者 孫宏陽;移動機器人巡邏機場高速[N];北京日報;2017年

7 本報記者 周明陽;移動機器人：“百變?nèi)f用”真神奇[N];經(jīng)濟日報;2015年

8 朱偉良 穗人社宣;廣州選手摘金奪銀創(chuàng)歷史佳績[N];南方日報;2017年

9 記者 杜華斌;美研制出世界最小移動機器人[N];科技日報;2005年

10 秦志剛;MiR移動機器人鼎撐未來工廠[N];國際商報;2018年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 張啟彬;基于不確定性分析的移動機器人室內(nèi)定位與導航控制方法研究[D];中國科學技術(shù)大學;2018年

2 李曄卓;可重構(gòu)多模式地面移動機器人的構(gòu)型設(shè)計與性能研究[D];北京交通大學;2018年

3 黃辰;基于智能優(yōu)化算法的移動機器人路徑規(guī)劃與定位方法研究[D];大連交通大學;2018年

4 程傳奇;非結(jié)構(gòu)場景下移動機器人自主導航關(guān)鍵技術(shù)研究[D];戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學;2018年

5 馮晟;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動機器人室內(nèi)動態(tài)定位[D];東北大學;2017年

6 邱增帥;面向室外環(huán)境的移動機器人自主場景理解[D];大連理工大學;2018年

7 陳偉華;社會環(huán)境的輪式移動機器人定位導航方法研究[D];華南理工大學;2018年

8 歐屹;特種地面移動機器人機械系統(tǒng)設(shè)計與分析[D];南京理工大學;2013年

9 姜健;多移動機器人協(xié)作方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2008年

10 劉大亮;一種球形移動機器人的運動分析與控制技術(shù)的研究[D];北京郵電大學;2009年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 鄧豪;移動機器人平臺的運動目標識別與跟蹤技術(shù)研究[D];西南科技大學;2019年

2 楊川;基于移動機器人的放射性分布檢測與建圖[D];西南科技大學;2019年

3 趙輝;基于Kinect的室內(nèi)環(huán)境下移動機器人同時定位與地圖構(gòu)建[D];西南科技大學;2019年

4 龍建全;復雜環(huán)境下移動機器人的路徑規(guī)劃[D];西南科技大學;2019年

5 包川;多傳感器融合的移動機器人三維地圖構(gòu)建[D];西南科技大學;2019年

6 鄭林飛;基于局部構(gòu)圖的移動機器人三維地形環(huán)境感知建模研究[D];吉林大學;2019年

7 王艷會;基于RGB-D傳感器的移動機器人的實時定位與地圖創(chuàng)建的研究[D];吉林大學;2019年

8 尚磊;移動機器人自主定位技術(shù)研究[D];新疆大學;2019年

9 李澤文;基于ROS移動機器人的路徑規(guī)劃算法研究[D];長江大學;2019年

10 楊軍文;基于STM32的全向移動機器人設(shè)計[D];華中師范大學;2019年

本文編號：2765561