移动机器人同时路径跟踪与避障问题研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zasakura
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路径规划和路径跟踪是研究移动机器人导航的基本问题,得到了业内的广泛重视并取得了丰富的成果,但将其结合起来作为一个整体研究却遇到了较大的困难。原因在于移动机器人在导航的过程中,既对所规划路径的效率有要求,又要兼顾路径跟踪过程中对突发情况的快速反应,而单独的移动机器人路径规划算法和避障算法往往是只考虑单方面的指标,难以统筹轨迹的效率和实时性。本文针对移动机器人在校园内执行巡逻任务这一场景,采取了与传统的先规划好移动机器人行进路径再执行路径跟踪任务相异的做法,将移动机器人的避障问题(局部路径规划)和路径跟踪问题作为一个整体来考虑,设计一套统一的控制率,可将机器人路径跟踪算法与避障算法进行有效融合,做到移动机器人轨迹效率与实时反应性相统一。  首先,介绍了两轮差动轮式机器人的运动学模型,以及在此模型下移动机器人轨迹的误差描述,局部坐标系和全局坐标系的坐标变换关系等。  其次,介绍了移动机器人平台LAB304-01的搭建过程。主要包括平台整体的硬件构架层次,各组成部件,如移动机器人底盘Compass C2、RTK GPS、二维激光雷达等硬件的电气特性和工作方式。  再次,基于PD控制和模糊控制设计了一种沿墙走算法的控制率,并将此沿墙走控制率拓展为机器人的路径跟踪算法。考虑到差动轮式移动机器人运动学非完整约束的特性,设计了一种基于转角选取的移动机器人避障算法。设计了几种将所提路径跟踪算法与已有避障算法相结合的机器人同时路径跟踪和避障算法。对以上所提的算法进行了仿真。  最后,在所搭建的移动机器人平台LAB304-01上对所提的机器人路径跟踪算法、基于沿墙走的机器人同时路径跟踪和避障算法进行了实验。根据实验结果提出下一步的改进方向和改进措施。
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