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轮式机器人轨迹跟踪和路径规划算法研究

作 者: 黄晓娟
导 师: 吴剑
学 校: 南昌航空大学
专 业: 控制工程
关键词: 轮式机器人 轨迹跟踪 路径规划 PID 滑模变结构控制 反推算法 变步长A*算法
分类号: TP242
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要


在21世纪的现在,机器人轨迹跟踪路径规划研究越来越多,因为机器人技术具有很广泛的应用背景。本文主要研究轮式机器人轨迹跟踪控制方法以及初步探讨路径规划问题。首先研究了在低速或参数变化不大情况下,采用了经典PID方法实现轮式机器人轨迹跟踪,通过正确设定三个参数,在Matlab环境下,验证PID控制器的有效性。其次采用Back-stepping设计算法,依据轮式机器人运动学模型,设计机器人轨迹跟踪控制律,构造李亚普诺夫函数实现系统在控制律的作用下达到全局稳定。并在Matlab环境下,对给定的参考轨迹进行跟踪控制仿真,验证算法的有效性。然后采用滑模变结构控制理论,也是基于轮式机器人运动学模型设计轨迹跟踪控制律,其中采用一种新型快速趋近律方法削弱滑模变结构控制中出现的抖振,在Matlab环境下进行仿真分析。论文最后采用一种启发式变步长A*路径规划算法来实现静态环境的路径规划,通过MATLAB仿真结果表明,适当的配置参数,算法可以成功的在线实时规划出一条无碰撞最优路径。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 背景及意义  8-9
  1.2 轮式机器人轨迹跟踪控制研究现状及发展  9-11
    1.2.1 轮式机器人轨迹跟踪控制的研究现状  9-10
    1.2.2 轮式机器人轨迹跟踪控制发展趋势  10-11
  1.3 轮式机器人路径规划技术研究现状及未来发展趋势  11-13
    1.3.1 轮式机器人路径规划技术目前研究情况  11-12
    1.3.2 轮式机器人路径规划技术未来发展趋势  12-13
  1.4 论文的主要结构  13-14
第2章 基于 PID 轮式机器人轨迹跟踪控制  14-22
  2.1 轨迹跟踪控制描述  14
  2.2 轮式机器人运动学模型  14-16
  2.3 经典 PID 控制算法  16-18
    2.3.1 PID 控制原理  16-17
    2.3.2 增量式 PID 控制原理  17-18
  2.4 基于经典 PID 方法轨迹跟踪控制器  18-19
  2.5 仿真结果与分析  19-21
  2.6 小结  21-22
第3章 基于反推自适应轮式机器人轨迹跟踪控制  22-30
  3.1 反推设计方法原理  22-25
    3.1.1 反推设计方法的提出  22
    3.1.2 反推方法的设计步骤  22-25
  3.2 基于反推控制的轨迹跟踪控制律  25-26
    3.2.1 轨迹跟踪控制律设计  25-26
    3.2.2 稳定性分析  26
  3.3 仿真结果与分析  26-29
  3.4 小结  29-30
第4章 基于滑模变结构轮式机器人轨迹跟踪控制  30-39
  4.1 滑模变结构控制原理  30-33
    4.1.1 滑模变结构控制的定义  30-31
    4.1.2 滑动模态的存在和可达条件  31-32
    4.1.3 滑模变结构控制系统的抖振问题  32-33
  4.2 基于滑模变结构控制的轨迹跟踪控制律  33-36
    4.2.1 轨迹跟踪控制律设计  33-35
    4.2.2 稳定性分析和可达性分析  35-36
  4.3 仿真结果与分析  36-38
  4.4 小结  38-39
第5章 基于变步长 A* 算法的路径规划  39-46
  5.1 问题描述和模型建立  39-40
  5.2 A*算法与路径规划  40-43
    5.2.1 A*算法原理  40-41
    5.2.2 A*算法用于路径规划  41
    5.2.3 变步长A*算法  41-43
  5.3 基于变步长A*算法的路径规划仿真  43-45
  5.4 小结  45-46
第6章 结论与展望  46-48
  6.1 结论  46-47
  6.2 展望  47-48
参考文献  48-52
发表论文和参加科研情况说明  52-53
致谢  53-54

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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