两节拖车反向运动系统设计

发布时间：2017-07-14 08:21

  本文关键词：两节拖车反向运动系统设计

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【摘要】：当前自动化领域专家对机器人方向的重视程度不断增加,使得拖挂式移动机器人的发展变得更加智能化和多样化。本文研究的拖挂式移动机器人由一个牵引车和两节拖车组成,牵引车提供动力并控制转弯角度,两节拖车跟随牵引车运动。这种系统被广泛应用于工业现场。带有拖车的移动机器人所组成的系统非常复杂,它的输入量小于系统的自由度,因此在这类系统中的控制问题要比单体机器人困难许多。再加上该系统并非传统的线性系统,这就导致了在系统设计时带有拖车的移动机器人系统与单体机器人存在着很大差异,由于以上种种原因,导致了在该系统的设计过程中难以直接将单体移动机器人的研究成果直接应用到该复杂系统的设计中,该研究点作为难点和热点得到了国内外学者的广泛关注。本文研究了一种两节拖车反向运动控制方法,以ActiveMedia公司生产的Pioneer3机器人为平台,实现了两节拖车反向运动控制。本文的主要研究内容如下:(1)运动学模型计算:对系统进行了约束分析,并建立了该系统的运动学模型。(2)算法研究:首先确定了该系统的输入输出及中间变量,由于该系统的运动学模型比较复杂,因此在该实验中决定通过实验数据,对变量与输入之间的关系进行近似线性化。得到输入与各变量之间的线性关系之后,再通过将被控量稳定在某个所需的范围内的方式控制该系统的反向运动。该算法设计方法简单,用程序易于实现,且对传感器精度要求低。(3)运动控制实验:将所设计的算法应用于两节拖车反向运动控制实验中,基于Pioneer3移动机器人平台设计了一套可以控制系统反向运动角度的算法。最后本文基于面向对象的C++语言在VS2010中开发软件来实现和验证该方案。实验在室内环境下进行,实验结果证明了提出的方案的可行性和有效性。
【关键词】：运动控制 拖车 反向运动
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景和意义10-13
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.1.3 移动机器人发展趋势12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 运动控制13-14
• 1.2.2 路径跟踪14-15
• 1.3 论文结构15-18
• 第二章 带两节拖车的移动机器人系统建模18-24
• 2.1 概论18-19
• 2.2 完整约束与非完整约束19-20
• 2.2.1 完整约束19
• 2.2.2 非完整约束19
• 2.2.3 拖挂式移动机器人运动学约束分析19-20
• 2.3 系统的运动学模型20-22
• 2.3.1 系统运动学模型的基本假设20
• 2.3.2 带两节移动机器人的运动学模型的变量声明20-22
• 2.4 系统的运动学特征22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 两节拖车反向运动控制算法24-34
• 3.1 算法设计过程24-31
• 3.1.1 确定输入输出及变量24-25
• 3.1.2 状态方程的简化与变形25-26
• 3.1.3 确定状态方程参数26-31
• 3.2 两节拖车反向运动设计31-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第四章 拖车倒车系统控制实验34-48
• 4.1 Pioneer3系列机器人简介34-37
• 4.1.1 Pioneer3系列机器人本体结构及附件34-35
• 4.1.2 声纳系统35-36
• 4.1.3 机器人与计算机系统连接方式36-37
• 4.1.4 机器人运动控制所用软件介绍37
• 4.2 路径跟踪控制实验37-46
• 4.2.1 实验平台的硬件构成37-40
• 4.2.2 直行控制实验40-42
• 4.2.3 转向实验42-44
• 4.2.4 避障实验44-46
• 4.3 本章小结46-48
• 第五章 结论与展望48-50
• 5.1 结论48
• 5.2 展望48-50
• 参考文献50-54
• 致谢54-56
• 附录56

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 谭民;王硕;;机器人技术研究进展[J];自动化学报;2013年07期

2 刘昱;马保离;;离轴式拖车移动机器人的任意路径跟踪控制[J];控制理论与应用;2013年04期

3 杨凯,黄亚楼,徐国华;带拖车的轮式移动机器人系统的建模与仿真[J];系统仿真学报;2000年01期

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本文编号：540365