自主移动机器人轨迹跟踪与避障控制研究

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1、学校代号：10532学密号：S10094004级：公开湖南大学硕士学位论文自主移动机器人轨迹跟踪与避障控制研究堂僮虫遭厶丝名；金魍昱垣丝名壁驱塑；王耀直熬援埴羞皇僮；电氢皇信!垦工程堂院童些名鏊；蕉盔』抖堂皇工程诠窒提童旦塑；2Q!垒生垒旦三Q旦诠窒筌趱旦塑；2Q!垒生5旦至Z呈筌避委员金圭虚；王龌熬援ReseachofTrajectoryTrackingand0bstacleAVoidanceControlforAutonomousMobileRobotby儿NJuanB．E(KunminguniVersityofscienceandtechnology

2、)2009AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineering1nControlScience&EngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniVersitySuperVisorProfessorWANGYaonanApril，2014^，Ⅲ8㈣3舢8舢6㈣0舢6川2舢Y湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，

3、本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：硷娲j日期：洲仁年∈月；矿日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上

4、相应方框内打“√”)作者签名：导师签名：日期：驯争年多月弓￡)日日期：友口，咿广月岁／日自主移动机器人轨迹跟踪与避障控制研究摘要作为一类典型的非完整控制系统，移动机器人的研究和开发一直是一个十分活跃的领域。本文以非完整自主移动机器人为控制对象，围绕移动机器人的轨迹跟踪问题和未知环境下轨迹跟踪过程中的避障问题展开研究。针对移动机器人的轨迹跟踪控制问题，本文结合移动机器人的运动学模型和动力学模型对控制系统进行了设计。首先利用Backstepping方法进行了运动学控制器的设计，得到位置跟踪误差下要实现对参考轨迹跟踪所需的控制速度；然后利用基于模糊CMAC的改进

5、计算力矩法对动力学控制器进行设计，利用模糊CMAC神经网络来逼近系统的非线性和不确定性，同时与速度误差结合起来构成力矩控制器，并用滑模项来补偿不确定性扰动对系统的影响。Lyapunov稳定性分析保证了跟踪误差渐近收敛到零，MATLAB环境下的轨迹跟踪仿真实验验证了控制算法的有效性和优越性。针对未知环境下移动机器人轨迹跟踪过程中避障问题，本文在实现了移动机器人对参考轨迹跟踪的前提下，基于阻抗控制的概念，设计了双回路的控制方案。主回路执行跟踪控制，当遇到障碍物时，辅助回路会根据传感器的信息和阻抗控制的概念产生虚拟阻抗力，将参考目标位置调整到修正目标位置，并对参

6、考速度进行补偿，使得避障控制能够嵌入到跟踪控制中，实现移动机器人在轨迹跟踪过程中的自动避障。MATLAB仿真结果表明了轨迹跟踪控制的有效性和避障方法的可行性。最后，本文基于Pioneer2DX移动机器人平台，从硬件体系和软件结构上设计实现了自主移动机器人对参考轨迹的跟踪控制和跟踪过程中的自动避障控制。实验结果进一步验证了所设计的轨迹跟踪控制方法和跟踪过程中的避障控制策略的有效性和实时性。关键词：自主移动机器人；轨迹跟踪控制；模糊CMAC；避障控制；阻抗控制II硕士学位论文AbstractAsatypicalnonholonomiccontrolsystem

7、，theresearchanddeVelopmentofmobilerobotisalwaysaVeryactiVeneld．Takingnonholonomicautonomousmobilerobotascontr01plant，thispaperconductsareseacharoundtrajectorytrackingproblemwithobstacleaVoidanceinunknownenVironmentformob订erobot．Tbdealwiththetrajectorytrackingcontrolproblemfornonho

8、lonomicmobilerobot，theimplementat