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近年来,随着机器人技术的不断发展,移动机器人的轨迹跟踪问题受到了人们越来越多的关注。而对轮式移动机器人的轨迹跟踪控制问题的研究在汽车自动驾驶、智能交通等方面具有重要的意义。
轮式移动机器人是一类典型的非完整系统。非完整轮式移动机器人运动控制问题一般可分为三类:路径跟踪控制、轨迹跟踪控制和点镇定。本文从以下几方面做了研究:
首先,研究了非完整轮式移动机器人的定位和速度测量技术。重点研究了本文实验用机器人所采用的GPS(GlobePositioningSystem)定位方法、惯性导航技术和里程计定位技术。
其次,基于back-stepping方法,对非完整轮式移动机器人的轨迹跟踪问题进行研究。该方法的基本思想是:首先建立轮式移动机器人的位姿误差模型;然后设计back-stepping跟踪控制律,并用Lyapunov函数法证明在该控制律作用下,系统具有全局一致渐近稳定性;最后在matlab下对圆形轨迹进行仿真,仿真结果证明该控制律是有效的。
然后,基于模糊控制方法,对非完整轮式机器人的轨迹跟踪控制问题进行研究。该方法的基本思想是:首先建立轮式移动机器人的运动学模型;然后设计两个基于人工驾驶思想的模糊控制器--速度模糊控制器和角速度模糊控制器,其中,速度模糊控制器采用曲率和距离误差作为控制量,角速度模糊控制器采用距离误差和角度误差作为控制量,同时对速度和角速度进行控制以实现移动机器人的轨迹跟踪控制;最后在matlab下对圆形轨迹进行仿真,仿真结果证明该控制器是有效性的。
最后,基于本文back-stepping方法设计的跟踪控制律,使用VC++语言编写控制程序,在Asend移动机器人上进行轨迹跟踪实验。实验结果表明该控制律是有效的。