自主導(dǎo)航與運動控制是移動機器人具有自主性的關(guān)鍵指標(biāo)和核心技術(shù),具有自主導(dǎo)航與運動能力的移動機器人在國防、救援、科考、服務(wù)、工業(yè)等幾乎所有移動應(yīng)用領(lǐng)域都存在著廣泛的需求,應(yīng)用前景極其廣闊。傷員救援、關(guān)鍵設(shè)施巡檢是移動機器人的典型應(yīng)用,在這些應(yīng)用場景中,為了確保傷員人身安全和關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備安全,往往要求移動機器人需要精確地沿著規(guī)劃路徑和軌跡運動。為此,軌跡跟蹤成為了移動機器人運動控制領(lǐng)域的一個研究熱點。本文以中國科學(xué)院沈陽自動化研究所自主研制的履腿復(fù)合式移動機器人為研究對象,對國內(nèi)外幾種常見的移動機器人軌跡跟蹤控制算法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合外界環(huán)境與履腿復(fù)合式移動機器人自身的特點選取了 Backstepping(又叫反步法)軌跡跟蹤控制算法,實現(xiàn)履腿復(fù)合式移動機器人的軌跡跟蹤控制,并搭建實驗平臺,完成了控制算法的實驗研究。首先,提出了軌跡跟蹤控制總體方案,基于履腿復(fù)合式移動機器人進(jìn)行了運動學(xué)建模以及運動軌跡誤差模型的確定,為履腿復(fù)合式移動機器人軌跡跟蹤控制律的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。然后利用Backstepping控制算法設(shè)計了軌跡跟蹤控制器,通過對移動機器人軌跡跟蹤控制參數(shù)的分析,提出了一種極點配置在線調(diào)整控制器的增益系數(shù)的方法,確定了履腿復(fù)合式移動機器人控制參數(shù)的整定方法。最后,在Matlab環(huán)境下進(jìn)行軌跡跟蹤仿真實驗,使用Backstepping軌跡跟蹤控制律成功地跟蹤了直線軌跡、圓形軌跡與不規(guī)則曲線軌跡。利用Backstepping控制律實現(xiàn)了履腿復(fù)合式移動機器人的直線軌跡跟蹤與圓形軌跡跟蹤控制實驗,并與PID控制算法進(jìn)行了對比。實驗結(jié)果表明,Backstepping軌跡跟蹤算法的控制律能夠更快速有效的實現(xiàn)直線軌跡跟蹤與圓形軌跡跟蹤,具有更好的控制性能。
【學(xué)位單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP242
【部分圖文】：

２．２軌跡跟蹤控制總體方案設(shè)計??基于前文分析，針對差速轉(zhuǎn)向移動機器人，基于Ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ軌跡跟蹤控制??方案原理框圖如圖２．２所示。??養(yǎng)考［々、？、心）＾?［Ｕ、ｏｒ／?ｊ軌跡跟蹤卜、仞忖匕＿山＾＿卜，，Ｍ??軌跡一?Ｘ?ｆ控制算法動學(xué)?‘機器人?？?????—?ａ???一―＿??慣性組??—合導(dǎo)航一??圖２．２移動機器人軌跡跟蹤控制原理圖??Ｆｉｇ２．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｔｒａｃｋｉｎｇ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｆｏｒ?ｍｏｂｉｌｅ?ｒｏｂｏｔ??（１）

Ｉ１??圖２．１履腿復(fù)合式移動機器人??Ｆｉｇ２．１?ｔｒａｃｋ－ｌｅｇｇｅｄ?ｍｏｂｉｌｅ?ｒｏｂｏｔ??２．２軌跡跟蹤控制總體方案設(shè)計??基于前文分析，針對差速轉(zhuǎn)向移動機器人，基于Ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ軌跡跟蹤控制??方案原理框圖如圖２．２所示。??、，

：尋：??〇?Ｘａ?Ｘｃ?ｘ??圖２．４移動機器人運動示意圖??Ｆｉｇ?２．４?Ｍｏｔｉｏｎ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｍｏｂｉｌｅ?ｒｏｂｏｔ??根據(jù)圖２．４可得：??（Ｘｃ?＝?ＸＡ?＋ｄ－ｓｉｎｐ??ｌｒｃ?＝?＋?ｄ－ｃｏｓｐ?（?Ｊ??式（２－３）對時間ｔ求導(dǎo)可得：??（Ｘｆｃ＝?ＸＡ＇?＋ｄ－ｐ＇－ｃ〇Ｓｐ??ｌｒｃ，?＝?ＹＡ＇＋?ｄ－ｐ＇－Ｓｉｎｐ?｛?｝??移動機器人在電機輸出力矩的作用下可以實現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向等運動。因此，??局部坐標(biāo)系的ｙ軸代表的就是移動機器人的運動速度方向。移動機器人在運動過??程中，左右兩側(cè)驅(qū)動輪的線速度為：??｛Ｂ＋２ｂ??％?＝?１７ｙ?—Ｃｌ）??丄丄?（２－５）??ｖｒ?＝?ｖｙ＋－Ｙ￣（〇??－１４－??
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本文編號：2878218