全向移动机器人轨迹跟踪控制与精确定位技术研究

发布时间：2023-08-09 16:29

　　全向移动机器人因其特有的移动特性而成为目前比较热门的研究方向,其特点是能够在平面内沿着任意方向运动,没有任何运动的限制,这样就使得机器人能够胜任空间较窄、无法掉头等情况下的工作。而轨迹跟踪控制和精确定位问题是移动机器人领域中十分重要的问题,对于二者的研究,在提高移动机器人实际应用中的运动控制和工作定位的精度上有很大的帮助。本文对全向移动机器人的轨迹跟踪及精确定位,所做的主要研究包括:首先,设计了全向移动机器人的机械结构,并基于本课题机器人要实现的功能,设计了基于两个控制器组成的控制系统总体方案,随后分别介绍了各硬件模块的功能和特点。其次,对全向移动机器人进行了运动学建模,并分析了轨迹跟踪问题,然后采用Backstepping反演法设计了轨迹跟踪控制律,并用barbalat引理证明了轨迹跟踪控制算法的稳定性,随后采用该算法进行了跟踪仿真实验,验证了算法的实用性。再次,分析了基于二维码进行精确定位的可行性,研究了基于单个二维码进行精确定位的原理,并根据不同工位点和自动充电等不同情况设计了基于多个二维码进行精确定位的策略,接着开发了分别在工位点和自动充电应用场景下的视觉识别算法。最后,在完成...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 全向移动机器人的关键技术
        1.2.2 轨迹跟踪的研究现状
        1.2.3 精确定位的研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
        1.3.1 课题来源
        1.3.2 论文的主要研究内容
第2章 全向移动机器人机械结构和控制系统方案
    2.1 引言
    2.2 全向移动机器人平台
    2.3 控制系统总体方案
    2.4 控制系统软件和硬件模块
        2.4.1 上位机控制器
        2.4.2 下位机控制器
        2.4.3 激光雷达
        2.4.4 惯性传感器模块
        2.4.5 相机模块
        2.4.6 通信模块
        2.4.7 无线手柄模块
    2.6 本章小结
第3章 基于反演法的轨迹跟踪控制研究
    3.1 引言
    3.2 全向移动机器人运动学模型
        3.2.1 运动学分析
        3.2.2 运动学建模
    3.3 全向移动机器人轨迹跟踪算法
        3.3.1 移动机器人轨迹跟踪问题描述
        3.3.2 轨迹跟踪控制律的设计
        3.3.3 控制算法稳定性证明
    3.4 仿真实验结果与分析
        3.4.1 直线轨迹跟踪
        3.4.2 圆轨迹跟踪
        3.4.3 “8”字形轨迹跟踪
        3.4.4 任意轨迹跟踪
    3.5 本章小结
第4章 基于视觉辅助的全向移动机器人精确定位
    4.1 引言
    4.2 基于二维码的机器人精确定位
        4.2.1 二维码技术简介
        4.2.2 相机识别二维码模型
        4.2.3 基于二维码精确定位可行性分析
    4.3 基于单个二维码定位原理
        4.3.1 X方向、Y方向偏差计算原理
        4.3.2 角度方向偏差计算原理
    4.4 基于多个二维码定位原理
        4.4.1 工位点定位
        4.4.2 自动充电定位
    4.5 基于Halcon开发的二维码识别模块
        4.5.1 图像预处理
        4.5.2 QR二维码的解码
        4.5.3 精确定位流程
    4.6 本章小结
第5章 全向移动机器人软件设计与实验
    5.1 引言
    5.2 控制系统软件设计与开发
        5.2.1 上位机控制系统开发
        5.2.2 下位机软件设计与开发
    5.3 实验平台
    5.4 轨迹跟踪实验
    5.6 精确定位实验
    5.7 本章小结
第6章 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3840578