虚拟仿真在机器人路径规划及跟踪上的应用.pdf

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1、第28卷第5期计算机仿真2011年5月文章编号：1006-934s(2m1)05—0209一04虚拟仿真在机器人路径规划及跟踪上的应用刘欢(华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州510640)摘要：在机器人路径规划和跟踪的优化过程的研究中，路径规划、轨迹跟踪是移动机器人研究的重要内容。过去通常采用理想数学模型进行仿真，而机器人物理属性和路面模型等都不加以考虑，使得算法难以优化路径规划、跟踪的稳定性和精度。运用现代虚拟设计仿真技术，借助动力学软件RecurDyn建立移动机器人实体模型和路面模型，利用Mat

2、lab／Simulink设计控制器，构建一个虚拟仿真平台。通过推导，设计出输入输出反馈线性化的运动控制器，并在仿真平台上进行机器人路径规划和轨迹跟踪仿真，控制器效果得以优化验证。虚拟仿真不仅能缩短研发周期，降低研发成本，并为机器人研究设计提供有效依据。关键词：虚拟仿真；非完整移动机器人；路径规划；轨迹跟踪中图分类号：TP391．9文献标识码：BApplicationofVirtualSimulationinPathPlanningandTrajectoryTrackingofRobotsLIUHuan(Co

3、llegeofAutomationScienceandEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，GuangzhouGuangdong510640，China)ABSTRACT：Pathplanningandtrajectorytrackingareimportantsubjectsinresearchofmobilerobots．Inthepast，weusuallyusetheidealmathematicalmodelinsimulation，paying

4、noattentiontophysicalpropertyoftherobotandroadmodel，whichledthealgorithmsdifficulttoapplyinphysicalrobots．Withmodemdesignmethodology-virtualsimulation，virtualsimulationplatformwhichincludes3-Dsolidmodelsoftherobotandroadbuiltwiththedynamicsoftware-RecurDyn

5、andthecontrollerbuiltwiththeMatlab／Simulinksoftwareisbuiltinthispaper．Bytheoreticalderivations，motioncontrollerbasedonI／OlinearizationisdesignedandtheeffectivenessofthecontrollerisvalidatedbysimulationofPathPlanningandTrajectoryTrackingoftherobotsonthevirt

6、ualplatform．Virtualsimulationtech—nologycailshortenthecircleoftheresearchandreducetheresearchcost，andalsoformanewideaintherobotre—search．．KEYWORDS：Virtualsimulation；Nonholonomicmobilerobot；Pathplanning；Trajectorytracking1引言对控制系统，传统设计方法基于设计一实验一返回修改一再实验模式，这种

7、模式不仅增加研发成本，还延长开发周期。为克服弊端，虚拟仿真技术应运而生。利用该技术，设计者可以在计算机上建立一个反映实际系统物理特性、运动学和动力学特性的仿真模型，模拟在真实环境下系统的运动和动力特性并根据仿真结果精简和优化系统。美国波音飞机公司的波音777是世界上首家采用虚拟仿真技术研发并制造的飞机，不但使制造周期缩短50％，而且研发成本大大降低。通用动力公司也于1997年建成第一个全数字化机车虚拟仿基金项目：国家自然科学基金(60925013)收稿日期：2010—04—27真模型⋯。虚拟仿真需要一个仿真

8、平台，RecurDyn多体动力学软件采用完全递归算法和相对坐标系等先进技术，MATLAB在控制器设计上具有优势，因此本文采用ReeurDyn和MATLAB构建仿真平台。类似仿真平台已经有学者提出并应用，文献[2]将仿真平台应用在倒立摆控制上，文献[3]运用Recur-Dyn软件中自带的联合仿真模块Colink对永磁直流电动机系统进行研究，文献[4]借助ADAMS和RecurDyn对涡流检测仪进行抗裂分析，但各类文