外文翻譯--輪式移動機(jī)器人的導(dǎo)航與控制.doc

畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯系部：機(jī)械工程專業(yè)：機(jī)械工程及自動化姓名：學(xué)號：外文出處：ControlandRobotics(CRB)TechnicalReport附件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。指導(dǎo)教師評語：譯文比較正確地表達(dá)了原文的意義、概念描述基本符合漢語的習(xí)慣，語句較通暢，層次較清晰。簽名：年月日(用外文寫)附件1：外文資料翻譯譯文輪式移動機(jī)器人的導(dǎo)航與控制摘要：本文研究了把幾種具有導(dǎo)航功能的方法運(yùn)用于不同的控制器開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)在一個已知障礙物前面控制一個開環(huán)系統(tǒng)（例如：輪式移動機(jī)器人）執(zhí)行任務(wù)。第一種方法是基于三維坐標(biāo)路徑規(guī)劃的控制方法。具有導(dǎo)航功能的控制器在自由配置的空間中生成一條從初始位置到目標(biāo)位置的路徑。位移控制器控制移動機(jī)器人沿設(shè)置的路徑運(yùn)動并停止在目標(biāo)位置。第二種方法是基于二維坐標(biāo)路徑規(guī)劃的控制方法。在二維平面坐標(biāo)系中建立導(dǎo)航函數(shù)，基于這種導(dǎo)航函數(shù)設(shè)計的微控制器是漸進(jìn)收斂控制系統(tǒng)。仿真結(jié)果被用來說明第二種控制方法的性能。1介紹很多研究者已經(jīng)提出不同算法以解決在障礙物雜亂的環(huán)境下機(jī)器人的運(yùn)動控制問題。對與建立無碰撞路徑和傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃算法，參考文獻(xiàn)19的第一章第九部分中提供了的全面總結(jié)。從Khatib在參考文獻(xiàn)13的開創(chuàng)性工作以來，很顯然控制機(jī)器人在已知障礙物下執(zhí)行任務(wù)的主流方法之一依然是構(gòu)建和應(yīng)用位函數(shù)。總之，位函數(shù)能夠提供機(jī)器人工作空間、障礙位置和目標(biāo)的位場。在參考文獻(xiàn)19中提供對于位函數(shù)的全面研究。應(yīng)用位函數(shù)的一個問題是局部極小化的情況可能發(fā)生以至于機(jī)器人無法到達(dá)目標(biāo)位置。不少研究人士提出了解決局部極小化錯誤的方法（例如參考文獻(xiàn)2,3,5,14,25）。其中Koditschek在參考文獻(xiàn)16中提供了一種解決局部極小化錯誤的方法，那是通過基于一種特殊的位函數(shù)的完整系統(tǒng)構(gòu)建導(dǎo)航函數(shù)，此函數(shù)有精確的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，它能夠保證存在唯一最小值。在針對標(biāo)準(zhǔn)的(完整的)系統(tǒng)的先前的結(jié)果的影響下,面對更多的具有挑戰(zhàn)性的非完整系統(tǒng)，越來越多的研究集中于位函數(shù)方法的發(fā)展(例如.,機(jī)器人)。例如,Laumond等人18用幾何路線策劃器構(gòu)建了一條忽略機(jī)器人非完全約束的無障礙路線,然后把幾何線路分成更短的線路來滿足非完全限制,然后應(yīng)用最佳路線來減少路程。在10和11中,Guldner等人使用間斷變化的模式控制器迫使機(jī)器人的位置沿著位函數(shù)的負(fù)傾斜度變動，及其定位與負(fù)傾斜度一致。在1,15,和21中,持續(xù)的位場控制器也保證了位函數(shù)的負(fù)傾斜度的位置追蹤和定位追蹤。在9中，面對目標(biāo)因?yàn)橹苓叺恼系K物而不能達(dá)到這一情況時，Ge和Cui最近提出一種新的排斥的位函數(shù)的方法來解決這一問題。在23和24中,Tanner等人采用22中提出的導(dǎo)航函數(shù)研究和偶極位場概念為一個不完全移動操縱器建立導(dǎo)航函數(shù)控制器。特別是,23和24中的結(jié)果使用了間斷控制器來追蹤導(dǎo)航函數(shù)的負(fù)傾斜度,在此過程中，一個不平坦的偶極位場使得機(jī)器人按照預(yù)想的定位拐入目標(biāo)位置。本文介紹了為不完全系統(tǒng)達(dá)到導(dǎo)航目標(biāo)的兩種不同的方法。在第一個方法中,產(chǎn)生了一個三維空間似導(dǎo)航函數(shù)的預(yù)想的軌道，它接近于機(jī)器人自由配置空間上的唯一最小值的目標(biāo)位置和定位。然后利用連續(xù)控制結(jié)構(gòu)使機(jī)器人沿著這條路線走，在目標(biāo)位置和定位點(diǎn)停下(例如,控制器解決一體化的追蹤和調(diào)節(jié)問題)。這種方法特別的地方是機(jī)器人根據(jù)預(yù)想的定位到達(dá)目標(biāo)位置，而不需要像許多先前的結(jié)果中一樣轉(zhuǎn)彎。正如4和20中描述的一樣,一些因素如光線降低現(xiàn)象，更有效處罰離開預(yù)期周線的機(jī)器人的能力，使執(zhí)行任務(wù)速度恒定的能力，以及達(dá)到任務(wù)協(xié)調(diào)性和同步性的能力提高等為按照目前位置和定位壓縮預(yù)期軌道提供動機(jī)。至于即時的二維空間問題設(shè)計一個連續(xù)控制器，沿著一個導(dǎo)航函數(shù)的負(fù)傾斜度駕駛機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)位置。像許多先前的結(jié)果一樣，在線二維空間方法的定位需要進(jìn)一步發(fā)展(例如,一個單獨(dú)的調(diào)節(jié)控制器，一個偶極位場方法23,24；或一個有效障礙物9)來使機(jī)器人與預(yù)期的定位在一條線上。模擬結(jié)果闡明了第二種方法的效果。2運(yùn)動學(xué)模型本文所討論的不完全系統(tǒng)的種類可以作為運(yùn)動轉(zhuǎn)輪的模型這里定義為在(1)中,矩陣定義為速度向量定義為其中vc(t),c(t)R表示系統(tǒng)線速度和角速度。在(2)中,xc(t),yc(t),(t)R分別表示位置和定位，xc(t),yc(t)表示線速度的笛卡爾成分,(t)R表示角速度。3控制目標(biāo)本文的控制目標(biāo)是在一個有障礙物且混亂的環(huán)境下，沿著無碰撞軌道駕駛不完全系統(tǒng)（例如，機(jī)器人）到達(dá)不變的目標(biāo)位置和定位，用表示。特別是從起始位置和定位沿著軌道控制不完全系統(tǒng)，qD,這里的D表示一個自由的配置空間。自由配置空間D是整個配置空間的子集，除去了所有含有障礙物碰撞的配置。使軌道計劃控制量化，實(shí)際笛卡爾位置和定位與預(yù)想的位置和定位之間的差異可表示為,定義為如下這里設(shè)計了預(yù)想的軌道，因此qd(t)q.16中，運(yùn)用導(dǎo)航函數(shù)方法,利用似導(dǎo)航函數(shù)生成預(yù)期路線q