便攜式地面移動機器人運動分析及控制

便攜式地面移動機器人由于其廣泛的應用性，成為了當今機器人領域的一個研究熱點。本文以自主研制的“履帶-關節”式機器人為研究對象。 由于履帶式與輪式運動特性的巨大差異，本文重點分析了履帶式機器人運動過程中地面對履帶的影響，特別是轉彎運動中轉彎阻力的影響，并且建立動力學模型進行仿真和實驗。針對機器人“履帶-關節”的特殊結構，分析了機器人在典型地形下的通過性，并且設計了一套機器人自主跨越障礙物的動作規劃算法。 控制器是機器人控制的核心。機器人控制器硬件部分按照層次化、模塊化的思想設計，采用并行總線結構，可以按照需求擴展各個功能模塊。控制器軟件按照底層電機控制、中間層通訊協議和上層應用控制的層次順序進行設計。整個控制系統運行良好，能夠滿足機器人控制的要求。 同時對機器人自主運動內容進行了探討。利用Beckstepping設計思想和Lyapunov穩定性原理設計控制器來實現路徑跟蹤，并且通過仿真和實驗來驗證方法的有效性。借鑒滾動窗口的原理，設計了基于傳感器信息的實時路徑規劃算法，保證機器人在未知動態環境下借助傳感器信息能夠安全地到達目標點，利用仿真驗證了其有效性。