履腿复合式移动机器人轨迹跟踪控制方法研究与实现

发布时间：2020-11-10 18:23

　　 自主导航与运动控制是移动机器人具有自主性的关键指标和核心技术,具有自主导航与运动能力的移动机器人在国防、救援、科考、服务、工业等几乎所有移动应用领域都存在着广泛的需求,应用前景极其广阔。伤员救援、关键设施巡检是移动机器人的典型应用,在这些应用场景中,为了确保伤员人身安全和关键设施设备安全,往往要求移动机器人需要精确地沿着规划路径和轨迹运动。为此,轨迹跟踪成为了移动机器人运动控制领域的一个研究热点。本文以中国科学院沈阳自动化研究所自主研制的履腿复合式移动机器人为研究对象,对国内外几种常见的移动机器人轨迹跟踪控制算法进行分析的基础上,结合外界环境与履腿复合式移动机器人自身的特点选取了 Backstepping(又叫反步法)轨迹跟踪控制算法,实现履腿复合式移动机器人的轨迹跟踪控制,并搭建实验平台,完成了控制算法的实验研究。首先,提出了轨迹跟踪控制总体方案,基于履腿复合式移动机器人进行了运动学建模以及运动轨迹误差模型的确定,为履腿复合式移动机器人轨迹跟踪控制律的设计奠定了基础。然后利用Backstepping控制算法设计了轨迹跟踪控制器,通过对移动机器人轨迹跟踪控制参数的分析,提出了一种极点配置在线调整控制器的增益系数的方法,确定了履腿复合式移动机器人控制参数的整定方法。最后,在Matlab环境下进行轨迹跟踪仿真实验,使用Backstepping轨迹跟踪控制律成功地跟踪了直线轨迹、圆形轨迹与不规则曲线轨迹。利用Backstepping控制律实现了履腿复合式移动机器人的直线轨迹跟踪与圆形轨迹跟踪控制实验,并与PID控制算法进行了对比。实验结果表明,Backstepping轨迹跟踪算法的控制律能够更快速有效的实现直线轨迹跟踪与圆形轨迹跟踪,具有更好的控制性能。
【学位单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP242
【部分图文】：

２．２轨迹跟踪控制总体方案设计??基于前文分析，针对差速转向移动机器人，基于Ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ轨迹跟踪控制??方案原理框图如图２．２所示。??養考［々、？、心）＾?［Ｕ、ｏｒ／?ｊ轨迹跟踪卜、仞忖匕＿山＾＿卜，，Ｍ??轨迹一?Ｘ?ｆ控制算法动学?‘机器人?？?????—?ａ???一―＿??惯性组??—合导航一??图２．２移动机器人轨迹跟踪控制原理图??Ｆｉｇ２．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｔｒａｃｋｉｎｇ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｆｏｒ?ｍｏｂｉｌｅ?ｒｏｂｏｔ??（１）

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本文编号：2878218