自动机器人轨迹控制系统及相关算法研究

【摘要】： 自主移动机器人是机器人研究领域的一个重要分支。本文对双轮差动式移动机器人的轨迹控制系统进行了设计和研究,实现了对预定轨迹的控制跟踪,参与了亚太机器人大赛并圆满完成了控制任务。 首先,根据比赛的任务要求对自动机器人的整体控制结构和移动机构进行了设计,然后建立了机器人的本体模型和全局坐标系,将竞赛用自动机器人简化为差动式移动机器人模型,对简化后的模型进行了运动学和动力学建模分析,并用几何分析法和非完整约束动力学方程这两种方法验证了所得运动学方程的一致性。 其次,在动力学分析的基础上,对机器人的轨迹控制系统结构进行了分析设计,制定了以ARM平台为核心的分层式控制设计方案,并应用模糊控制理论设计了机器人轨迹跟踪控制器,该控制器将上层轨迹规划器产生的目标点序列作为输入参数,经处理后实时输出两驱动轮当前时刻的角速度,供底层电机驱动系统执行。 再次,对该控制系统的硬件实现方法和软件控制算法进行了研究。设计了各个重要的子系统和核心平台之间的硬件接口,分析了移动机器人各个系统间的数据流程,给出了轨迹跟踪系统的重要模块和子系统的算法实现。 最后,建立了轨迹跟踪系统的仿真模型,通过仿真和实验结果验证了运动学、动力学和轨迹跟踪算法的正确性,以及整个跟踪系统的有效性和可靠性。