高速轮式机器人的极限运动性能分析及最优轨迹规划

摘要

对于移动机器人，特别是户外高速移动机器人，能否发挥其极限运动性能将直接影响到完成任务的效率。只有通过理论的方法认识如何发挥高速移动机器人的极限运动性能，并提出合理有效的控制方法，才能够真正地有效提高移动机器人的工作效率。
　　 1)本论文从概念的角度定义了移动机器人的极限运动性能，并对其进行了理论分析。从提高移动机器人移动效率的角度说明研究移动机器人极限运动性能的必要性。类比分析了飞机和汽车的特技运动，并且从特技运动的角度阐述了发挥移动机器人极限运动性能的重要性。为了进一步分析如何有效合理地通过漂移运动发挥高速移动机器人的极限运动性能，本论文建立了漂移作业的任务，并对接下来的漂移作业可控性进行了分析。2）对本论文中指定的漂移作业任务进行数学化描述和过程分解分析，然后从运动学和动力学的角度分析了移动机器人在任务过程中的移动特性。随之进行漂移运动带来的漂移态及可控性的探讨。之后本论文进行了常态转弯和漂移转弯的对比分析，并进行了仿真和实体车实验。3）最后本论文提出了基于RRT*（快速扩展随机树）算法的面向漂移作业的最优轨迹规划。本文提出的最优轨迹是指以最短的时间无障碍地从起始位置到达目标区域所产生的运动轨迹。论文中不仅详细介绍了RRT*算法的引入以及高速轮式移动机器人的动力学模型，还详细论述了如何基于RRT*算法进行漂移作业下的最优轨迹规划，最后的仿真实验结果表明了本文中提出的规划方法对于搜寻最优轨迹的有效性。
　　 本论文对极限运动性能的分析是对高速移动机器人研究的一个初步探索，移动机器人的高速化应用需要解决的问题仍有很多，切实做好理论研究不仅是提高移动机器人高效率工作的基础，同时也是高速移动机器人安全工作的保障。随着研究的深入开展，高速移动机器人必将得到越来越广泛的应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 引言

第二节 高速移动机器人研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

第三节 研究背景及意义

第四节 本论文研究内容

第二章 极限运动性能分析

第一节 引言

第二节 极限运动性能定义

第三节 特技运动过程分析

第四节 漂移作业的建立

第三章 漂移作业可控性分析

第一节 引言

第二节 任务描述及过程分析

第三节 动力学及运动学分析

第四节 漂移态及可控性分析

第五节 常态与漂移转弯对比

第六节 仿真与实验

第四章 面向漂移作业的最优轨迹规划

第一节 引言

第二节 最优轨迹问题描述

第三节 RRT*算法的引入

第四节 高速轮式机器人动力学

第五节 最优轨迹规划

第六节 仿真与实验

4．6．1 最优路径搜索

4．6．2 渐进最优验证

第七节 小结

第五章 总结与展望

第一节 总结

第二节 展望

参考文献

致谢

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果