全向机器人运动控制与轨迹跟踪算法研究

论文摘要

足球机器人涉及到人工智能、计算机、无线通讯、图像处理、机械电子、信息融合等相关领域,作为一个很好的机器人研究平台越来越受到科研机构和大专院校的关注。本文以RoboCup足球机器人比赛为背景,对机器人的运动控制系统、机器人截球算法、轨迹跟踪算法三个关键技术进行了研究。论文主要研究工作如下。（1）介绍了MT-OR三轮全向机器人的运动控制系统的软、硬件结构设计,分析了三轮全向机器人的全向轮结构;对robocup足球机器人中型组比赛进行了介绍。（2）分析了机器人基本的运动特性,建立了三轮全向机器人的运动学模型;针对机器人带球状态下的运动,进行改进建立了不丢球的运动学模型。（3）足球机器人截球动作要求具有很高的快速性和准确性。通过对足球机器人截球特性分析,预测球的运动趋势,增加一个绕前速度。再分别对机器人的直线速度和自旋转速度运用专家PID控制,实现了机器人从正面精准截球的目的。（4）通过利用建立的不丢球运动学模型,结合预瞄控制方法,设计了基于预瞄控制的足球机器人不丢球的轨迹跟踪算法。实现了在带球情况下不丢球的机器人轨迹跟踪。仿真和试验证明本文各种算法的可行性。最后对全文进行了总结,阐明了整个研究的重点和主要的研究成果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 移动机器人简介
• 1.1.1 机器人的发展
• 1.1.2 移动机器人技术简介
• 1.1.3 移动机器人的类型
• 1.2 RoboCup 足球机器人研究状况
• 1.2.1 RoboCup 足球机器人的发展
• 1.2.2 RoboCup 中型组足球机器人比赛简介
• 1.3 本文选题背景和主要研究内容
• 1.3.1 本文选题背景
• 1.3.2 主要研究内容
• 第二章 MT-OR 足球机器人的运动系统
• 2.1 MT-OR 足球机器人平台介绍
• 2.1.1 MT-OR 机器人简介
• 2.1.2 MT-OR 机器人的硬件结构
• 2.1.3 MT-OR 机器人的软件结构
• 2.2 MT-OR 机器人的运动系统设计
• 2.2.1 MT-OR 机器人的运动控制系统
• 2.2.2 MT-OR 机器人的驱动系统
• 2.2.3 机器人的三轮全向结构
• 2.3 本章小结
• 第三章 足球机器人运动学模型
• 3.1 引言
• 3.2 机器人的坐标系定义
• 3.3 全向机器人的运动学模型
• 3.4 改进的机器人不丢球的运动学模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于专家 PID 控制的足球机器人截球算法
• 4.1 引言
• 4.2 机器人控制方案分析
• 4.2.1 PID 控制
• 4.2.2 数字 PID 控制
• 4.2.3 专家 PID 控制原理
• 4.3 本文截球控制的基本思想
• 4.4 专家PID 控制机器人速度的实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于预瞄控制的足球机器人带球轨迹跟踪方法
• 5.1 引言
• 5.2 不丢球的运动学模型与常规运动学模型的比较
• 5.3 预瞄控制
• 5.3.1 预瞄点的选取
• 5.3.2 预瞄控制器的设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验与仿真
• 6.1 引言
• 6.2 两种运动学模型的对比实验
• 6.3 基于专家 PID 控制的机器人截球算法实验
• 6.4 基于预瞄控制的不丢球轨迹跟踪算法实验
• 6.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A
• 详细摘要