起伏地形下车式机器人编队控制及路径规划技术研究
发布时间：2021-03-24 02:38
多机器人系统以其效率高、容错性好、可扩展性强等特点逐渐成为研究的热点,编队控制是实现多机器人系统相互协作与协调的关键技术之一。随着机器人应用领域的不断拓展,越来越多的复杂任务使多机器人系统面临崎岖起伏的野外地形环境,如灾后救援、野外侦查、战场扫雷以及外星探测等。对车式移动机器人而言,在起伏地形中行驶会使机器人产生不同程度的车轮打滑等问题,影响机器人轨迹跟踪与编队控制精度。本文研究起伏地形下的车式移动机器人编队控制方法,研究了基于运动学模型补偿车轮打滑的控制策略、基于动力学模型的自适应滑模控制器以及起伏地形下多目标路径规划算法。基于 PhysX 物理引擎的 MRDS4（Microsoft Robotic Developer Studio 4）高逼真度三维仿真平台,设计仿真实验,验证起伏地形下所提方法和算法的性能。主要工作如下:（1）针对车式移动机器人的运动学特点,采用领航跟随法,结合编队队形结构参数,经过坐标变换得到系统误差状态方程。通过坐标变换并结合反步法设计基于运动学模型的位置控制器。基于MRDS4设计三维仿真实验,分析控制器参数、地形起伏程度及队形结构对起伏地形下编队精度的影响因素...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．５人工势场法等势线示意图??人工势场法计算简单，便于在线实时的进行路径规划和编队控制，尤其对于处理障??碍物空间的避碰问题是比较有效的
】绪论博士学位论文??相应的控制器，通过仿真和实验验证了控制策略的有效性。Ｖａｍｌｅｒｍｅｕｌｅｎ等Ｍｌ针对热气??球高度控制问题，在多气流扰动的高空环境中，采用分布式离散控制方法实现了多个热??气球编队着陆控制，使其均匀地着陆在指定范围内。还有许多文献对水下自主机器人编??队控制问题进行了研宄［４４４６］，针对水下洋流等复杂非线性扰动影响，提出了多种ＡＵＶ??编队控制策略。??
博丄？学位论文?起伏地形下午式机器人编队控制及路径规划技术研究??画戀??（ａ）中国ＺＦＢ０５轻型轮式装甲车?（ｂ）美国ＡＳＶ１５０轮式装甲车??圓置??（ｃ）美国Ｍ１１１４轮式装甲车?（ｄ）中国ＶＮ３轮式装甲车??图１．７多种型号轮式战车??复杂的野外环境对机器人行驶带来的影响存在于多个方面，比如松软可变形的地面??环境导致一定程度的轮胎下陷、路面附着力小的环境导致车轮打滑、地形起伏影响机器??人姿态等。Ｄｉｎｇ等以及Ｎａｋａｊｉｍａ等以用于外星探测的四轮移动机器人为例，介绍??了一种基于地面力学的车轮建模方法，主要考虑了在可变行的松软地面中车轮的受力情??况，通过实验验证了所提方法的有效性。Ｘｕ等通过视觉传感器信息估计车轮框架与??起伏地面之间的夹角，并设计控制器进行起伏地形轨迹跟踪，在平坦和起伏地形下进行??对比实验，验证所提控制策略的有效性。Ｓａｔｏ等提出一种基于神经网络的自适应控制??方法，对环境信息进行感知与辨识后，在相对平坦的环境中采用比例控制，而在起伏地??形中采用基于神经网络的控制方法提高控制精度。大多数研究成果只考虑笮个机器人在??起伏地形下的控制方法，未对起伏地形下的多机器人编队系统进行探讨和分析。??此外，针对车轮打滑的情况，学者们对车轮的纵向滑转和横向滑移也有一定的研宄。??Ｔｉａｎ等＾＾考虑车轮的滑转和滑移，提出一种与常规非完整约束不同的约束条件，适用于??车轮打滑的情况，并采用／－ｐ领航跟随法进行编队控制仿真，验证了算法可行性。Ｌｍ??等［５５］引入一个抗打滑因子来表示车轮转动角速度的打滑程度，进而表示出车轮打滑后的??实际行驶速度；将路面摩擦力看作未建模动态，通过祌经Ｎ络方法来实现
本文编号：3096893
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．５人工势场法等势线示意图??人工势场法计算简单，便于在线实时的进行路径规划和编队控制，尤其对于处理障??碍物空间的避碰问题是比较有效的
】绪论博士学位论文??相应的控制器，通过仿真和实验验证了控制策略的有效性。Ｖａｍｌｅｒｍｅｕｌｅｎ等Ｍｌ针对热气??球高度控制问题，在多气流扰动的高空环境中，采用分布式离散控制方法实现了多个热??气球编队着陆控制，使其均匀地着陆在指定范围内。还有许多文献对水下自主机器人编??队控制问题进行了研宄［４４４６］，针对水下洋流等复杂非线性扰动影响，提出了多种ＡＵＶ??编队控制策略。??
博丄？学位论文?起伏地形下午式机器人编队控制及路径规划技术研究??画戀??（ａ）中国ＺＦＢ０５轻型轮式装甲车?（ｂ）美国ＡＳＶ１５０轮式装甲车??圓置??（ｃ）美国Ｍ１１１４轮式装甲车?（ｄ）中国ＶＮ３轮式装甲车??图１．７多种型号轮式战车??复杂的野外环境对机器人行驶带来的影响存在于多个方面，比如松软可变形的地面??环境导致一定程度的轮胎下陷、路面附着力小的环境导致车轮打滑、地形起伏影响机器??人姿态等。Ｄｉｎｇ等以及Ｎａｋａｊｉｍａ等以用于外星探测的四轮移动机器人为例，介绍??了一种基于地面力学的车轮建模方法，主要考虑了在可变行的松软地面中车轮的受力情??况，通过实验验证了所提方法的有效性。Ｘｕ等通过视觉传感器信息估计车轮框架与??起伏地面之间的夹角，并设计控制器进行起伏地形轨迹跟踪，在平坦和起伏地形下进行??对比实验，验证所提控制策略的有效性。Ｓａｔｏ等提出一种基于神经网络的自适应控制??方法，对环境信息进行感知与辨识后，在相对平坦的环境中采用比例控制，而在起伏地??形中采用基于神经网络的控制方法提高控制精度。大多数研究成果只考虑笮个机器人在??起伏地形下的控制方法，未对起伏地形下的多机器人编队系统进行探讨和分析。??此外，针对车轮打滑的情况，学者们对车轮的纵向滑转和横向滑移也有一定的研宄。??Ｔｉａｎ等＾＾考虑车轮的滑转和滑移，提出一种与常规非完整约束不同的约束条件，适用于??车轮打滑的情况，并采用／－ｐ领航跟随法进行编队控制仿真，验证了算法可行性。Ｌｍ??等［５５］引入一个抗打滑因子来表示车轮转动角速度的打滑程度，进而表示出车轮打滑后的??实际行驶速度；将路面摩擦力看作未建模动态，通过祌经Ｎ络方法来实现
本文编号：3096893
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