关键词：
爬壁机器人
模糊控制
路径规划
路径跟踪
越障
摘要：
本文的研究对象是将轮式与腿足式爬壁机器人结合的新型爬壁机器人,它在传统的单吸盘轮式爬壁机器人的基础上,设计了一个越障机构。运动方式为在平坦的壁面上,靠本体驱动轮移动;当遇到障碍物时,除改变移动路径避障之外,还可以靠越障机构翻越障碍物,继续向目标位置行进。这样,机器人既有轮式爬壁机器人移动速度快,控制方便的优点,又具有足式机器人越障能力强的优点。
机器人通过两驱动轮的差速驱动,实现全方位移动。通过建立了机器人坐标系,给出了机器人运动学方程,计算了机器人坐标系与环境坐标系之间的变换矩阵。基于模糊控制理论,首先,设计了采用比例因子控制的路径规划模糊控制器,并给出陷阱逃离策略。然后设计了路径跟踪的模糊控制器,并讨论分析了参数的选择对路径跟踪效果的影响。
越障机构是机器人越障的根本。首先针对越障机构的特点,对机构进行了正运动学分析和逆运动学求解,根据障碍物的不同类型,对蠕动越障、地壁过渡、直接翻越、间接翻越及上下台阶面等不同越障方式进行了规划,并对机构的越障能力进行了分析。最后通过编写软件进行仿真实验,验证了正逆运动学的正确性及规划方法的有效性。
结合轮部及越障机构研究的控制方法,设计了机器人远程控制界面,并基于硬件控制系统,编写主从控制器的程序,包括通信协议,传感器信息采集程序,轮部运动程序,关节运动程序,路径规划模糊控制程序,路径跟踪模糊控制程序等。
最后,通过路径规划和路径跟踪的软件仿真实验,验证了所设计的控制器的有效性,并对结果进行了分析。通过轮部遥控实验,证明了PC机与主控制器,主控制器与从控制器之间的通信系统的有效性,同时也验证了轮部运动学的正确性。通过避障路径规划实验,证明了所设计的模糊路径规划控制器可使机器人有效的避开障碍物。通过路径跟踪实验,证明了路径跟踪方法可使机器人有效跟踪给定曲线。
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