室外环境下移动机器人自主运动的关键技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201321202036河北工业大学硕士学位论文室外环境下移动机器人自主运动的关键技术研究论文作者：李爱娣学生类别：全日制学科门类：工学硕士学科专业：机械工程指导教师：李春书职称：教授资助基金项目：河北省自然科学基金资助项目No.2014202114DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringTHERESEARCHONTECHNOLOGYOFMOBILEROBOT'SAUTONOMOUSMOVEMENTINO

2、UTDOORENVIRONMENTByLiAidiSupervisor:Prof.LiChunshuMarch2016ThisworksupportedbytheNaturalScienceFoundationofHeBeiProvince.No.2014202114.摘要室外移动机器人是集中了多学科的一门综合性学科，也是机器人研究的一个重要方面，它在工业、农业以及军事等领域的应用有着重要的意义。室外环境下自主移动机器人的自主运动已经成为机器人研究的关键，而且也是当前研究机器人技术的重点和热点。本文主要针对四轮滑移转向机器人的自主运动问题进行分析研究。在考虑车轮打滑条件下

3、对移动机器人进行运动学分析建模，并针对机器人所受到的驱动力和阻力对其进行动力学分析建模。利用Recurdyn仿真软件构建机器人仿真模型，在不同路面环境下对机器人进行运动学以及动力学仿真，得出不同路面不同速度机器人的滑移率不同，转向阻力矩也不同。利用基于反演控制(Back-stepping)理论的滑模控制方法对机器人的运动学模型进行运动学路径跟踪控制器设计，运用Lyapunov稳定性理论来验证运动学路径控制器系统的稳定性。选取了几种典型的运动曲线，运用MATLAB中的Simulink模块进行仿真验证所设计控制器的可行性和有效性。对于动力学模型采用以Lyapunov稳定理论为

4、基础的反演控制理论(Back-stepping)来设计电机动力学跟踪控制器。同样运用MATLAB中的Simulink进行验证控制器的可行性和有效性。考虑机器人的运动平稳性对机器人进行局部路径规划，本文采用势场栅格法，融入模糊控制理论对机器人进行局部路径规划，选用样条曲线曲线对机器人运动的路径进行平滑处理，最后在MATLAB中进行仿真实验。关键词：移动机器人运动学控制动力学控制局部路径规划IABSRTACTOutdoorMobileRobotisacomprehensivedisciplinewhichinvolvedinmanysubjects.Ithasimportan

5、tinfluenceofrobotresearchandalsohassignificantmeaningonindustry,agriculture,militaryandotherfields.Autonomousmotionofamobilerobotinoutdoorenvironmenthasbecomethekeyandhotspottotheresearchofrobot.Thispapermainlystudiedandanalyzedonfourskidsteerautonomousrobotmotionproblems.Consideringthewh

6、eelslipconditionsonthemobilerobotkinematicsanalysis,adynamicsanalysismodelwasmadefortherobotbydrivingforceandresistance.UsingRecurdynSimulationSoftwaretobuildarobotsimulationmodelunderdifferentroadconditionsontherobotkinematicsanddynamicssimulation,obtainingdifferentratesindisparateslipro

7、adsatdiversespeedsoftherobot,what’smore,thesteeringresistancemomentisvarious.Basedonthestabilitycontrolinversion(Back-stepping)slidingmodecontroltheoryoftherobotthepathtrackingcontrollerdesign,Lyapunovstabilitytheorywasusedtoverifythestabilityofthepathcontrollersyst