基于模糊控制的未知环境下移动机器人导航技术研究

摘要

本文设计了拟人驾驶的双层模糊控制器，分别对机器人的转角和速度进行控制，从而解决了机器人的导航控制问题。第一层模糊控制用来控制机器人的转角，以机器人左侧、正前方、右侧障碍物的距离及目标点的方位作为输入，通过40条模糊规则的模糊推理，得到了机器人的输出转角。第二层模糊控制用来控制机器人的速度，以机器人输出转角的绝对值、前方障碍距离和离目标点的距离作为输入，通过20条模糊规则的模糊推理，得到了机器人的输出速度。 为了验证该算法模糊推理的正确性，本文利用Matlab模糊控制工具箱建立了该模糊系统，通过曲面观察器直观地显示了各输入对输出的影响。为了解决该算法的局部极小问题，提出了机器人克服陷阱的方法，从而进一步完善了该算法。为了验证该算法的有效性，在Visual C++集成开发环境下，开发了未知环境下移动机器人导航控制仿真软件。通过该软件，用户在设置了机器人导航仿真的参数后，仿真窗口显示了障碍分布及机器人的运动轨迹。 最后，利用该算法实现了实际机器人在未知环境下的导航控制。在介绍了实验机器人系统的基础上，给出了导航控制程序流程。在几种典型的障碍环境下分别做了导航实验，实验中机器人能够避开障碍，最终到达目标点。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题的目的和意义

1.1.1课题的来源

1.1.2课题的意义

1.2移动机器人导航的分类

1.3移动机器人导航的相关技术

1.3.1移动机器人的定位技术

1.3.2移动机器人的路径规划技术

1.4本文的主要研究内容

第2章基于模糊逻辑的移动机器人导航控制算法

2.1引言

2.2移动机器人转角的模糊控制

2.2.1转角模糊控制隶属度函数的确定

2.2.2转角模糊控制规则的确立

2.2.3转角控制的模糊推理

2.3移动机器人速度的模糊控制

2.3.1速度模糊控制隶属度函数的确定

2.3.2速度模糊控制规则的确立

2.3.3速度控制的模糊推理

2.4动态未知环境下移动机器人的导航控制

2.5模糊控制系统的建立与测试

2.5.1转角模糊控制系统的建立与测试

2.5.2速度模糊控制系统的建立与测试

2.6本章小结

第3章移动机器人导航控制的陷阱克服及仿真

3.1导航控制的陷阱克服

3.1.1普通U型陷阱的克服

3.1.2半封闭式U型陷阱的克服

3.2导航控制仿真软件

3.3仿真结果

3.4本章小结

第4章移动机器人导航控制实验

4.1移动机器人系统介绍

4.1.1总体结构

4.1.2检测系统

4.1.3控制系统

4.2移动机器人自主导航模块

4.3移动机器人导航实验

4.3.1简单环境下移动机器人导航实验

4.3.2普通U型陷阱环境下移动机器人导航实验

4.3.3半封闭式U型陷阱环境下移动机器人导航实验

4.3.4反U型环境下移动机器人导航实验

4.4本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明和使用授权书

致谢