【摘要】：全向輪式移動(dòng)機(jī)器人因自重較輕、承載能力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)控制相對(duì)方便和朝任意方向移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),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(jī)器人、物流配送的分揀機(jī)器人、家庭生活的掃地機(jī)器人,它們普遍采用輪式移動(dòng)底盤,可以在室內(nèi)環(huán)境下實(shí)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(fù)雜作業(yè)及危險(xiǎn)的工作環(huán)境中,輪式移動(dòng)機(jī)器人所體現(xiàn)出來的作用更是無可替代的,因此輪式移動(dòng)機(jī)器人具有很好的學(xué)術(shù)研究意義和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。論文以三輪全向移動(dòng)機(jī)器人為研究對(duì)象,主要研究移動(dòng)機(jī)器人的室內(nèi)路徑跟蹤控制問題。由于參數(shù)擾動(dòng)和外界干擾等結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性因素會(huì)影響三輪全向移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能,會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人路徑跟蹤運(yùn)動(dòng)控制精度低,跟蹤誤差大和跟蹤時(shí)間長(zhǎng)等問題。為解決這些問題,使移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人路徑跟蹤控制方法的研究。在分析,借鑒國(guó)內(nèi)外已有的類似文獻(xiàn)和研究基礎(chǔ)上,作出如下研究:(1)概述了移動(dòng)機(jī)器人和路徑跟蹤控制方法的國(guó)內(nèi)外研究狀況,對(duì)當(dāng)前已有的移動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)和控制方法比較分析,突出了本文研究對(duì)象和研究算法的特點(diǎn)。介紹三輪全向移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),描述機(jī)器人系統(tǒng)常用的兩種坐標(biāo)系和坐標(biāo)變換,通過運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,闡述了三輪全向移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和位姿誤差模型。(2)通過分析三輪全向移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性及數(shù)學(xué)模型,選擇基于三輪全向移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)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(jìn)行移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃仿真實(shí)驗(yàn),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(duì)室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人滑模路徑跟蹤控制算法進(jìn)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(huì)導(dǎo)致抖振以及指數(shù)趨近速度不足的問題,提出一種改進(jìn)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(jìn)趨近律設(shè)計(jì)滑�？刂破�,使得控制器輸出量相對(duì)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(duì)三輪全向移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)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(shí)室內(nèi)環(huán)境下,利用搭建的三輪全向移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)將改進(jìn)的滑模跟蹤控制律應(yīng)用到移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上進(jìn)行跟蹤橢圓和實(shí)際路徑實(shí)驗(yàn)。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(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人的路徑跟蹤控制,驗(yàn)證了改進(jìn)滑�？刂破鞯挠行院涂尚行浴�
【學(xué)位授予單位】：廣西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242;TP273
【圖文】：

5圖 1-1 整體工作圖Figure 1-1 Overall work diagram目的有三個(gè)：一是在保證線速度和角速度穩(wěn)定的基任務(wù)；二是移動(dòng)機(jī)器人要在路徑跟蹤過程中體現(xiàn)跟擇與改進(jìn)路徑跟蹤控制算法，要求算法易于實(shí)現(xiàn)，法的有效性。內(nèi)容是以三輪全向移動(dòng)機(jī)器人為研究對(duì)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(dòng)機(jī)器人對(duì)平面內(nèi)某條參考路徑的跟蹤并達(dá)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(dòng)機(jī)器人

述了它的基本結(jié)構(gòu)，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，推導(dǎo)得出三輪全向移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和位姿誤差模型。2.1 輪式移動(dòng)機(jī)器人種類輪式移動(dòng)機(jī)器人種類繁多，分別按照車輪數(shù)、運(yùn)動(dòng)約束、自由度以及控制方式來分類[28]。（1）按車輪個(gè)數(shù)劃分輪式移動(dòng)機(jī)器人車輪個(gè)數(shù)通常是兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、六個(gè)、或八個(gè)滾輪。車輪與地面之前的兩種接觸為滑動(dòng)接觸、滾動(dòng)接觸。根據(jù)是否存在推進(jìn)力，車輪分為驅(qū)動(dòng)（主動(dòng)）輪和從動(dòng)（自位）輪。自位輪沿著旋轉(zhuǎn)軸開始轉(zhuǎn)動(dòng)，直到旋轉(zhuǎn)結(jié)束的時(shí)間內(nèi)，驅(qū)動(dòng)輪會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生滑動(dòng)，但是無法確定移動(dòng)量和旋轉(zhuǎn)角度。按照單個(gè)車輪的自由度又可以把車輪劃分為：標(biāo)準(zhǔn)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(jī)器人。差速輪式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)效率并且車輪的運(yùn)動(dòng)方向會(huì)受到限制。全方位自由度的平面運(yùn)動(dòng)，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(jī)器人采用的都是自主控制式。機(jī)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(jī)構(gòu)。

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本文編號(hào)：2765561