移动机器人路径规划与滑模变结构控制研究

"移动机器人路径规划与运动控制" 在移动机器人技术中，路径规划与运动控制是核心组成部分。路径规划涉及到如何让机器人在复杂的环境中找到从起点到终点的最优或安全路径，而运动控制则确保机器人能够按照规划的路径准确、稳定地移动。 1. 路径规划： - 移动机器人的发展伴随着导航技术、多信息融合技术的进步，路径规划是解决机器人自主行动的关键。国内外的研究涵盖了多种规划方法，如A*算法、Dijkstra算法、人工势场法等。 - 人工势场法是常用的一种路径规划策略，但它存在陷入局部最小值的问题。对此，改进的势场栅格法被提出，结合了栅格法和人工势场法的优点，通过启发式搜索避免局部最小点，使机器人能够有效地寻找目标。 2. 改进的势场栅格法： - 这种方法在虚拟地形图上，将机器人的起始位置设为人工水源，利用水流向低处的特性引导机器人向目标移动。通过增加局部最小点的势能值，防止机器人被困，当人工水到达目标单元时，形成的路径即为无碰撞路径。 - 实验表明，改进的势场栅格法在U型、迷宫型和随机环境下的路径规划性能优于其他方法，如最小风险法。 3. 运动控制： - 移动机器人的运动控制通常涉及其动力学模型的建立，这一步骤至关重要。滑模变结构控制是一种有效的控制策略，尤其在处理不确定性和干扰时表现优越。 - 在滑模变结构控制中，定义了一个切换面，当系统运动到切换面附近时，根据到达条件，轨迹将在有限时间内到达切换面，从而实现精确的路径跟踪。这种控制方式保证了在切换面上的运动点是非增的，满足Lyapunov稳定性条件。 4. 滑模变结构控制： - 控制系统采用不连续的形式，通过切换函数和控制输入来设计，使得系统在不离开切换面的情况下，能够达到期望的动态行为。在移动机器人的路径跟踪控制中，这种方法可以实现对复杂环境的快速适应和鲁棒性。 5. 实验与仿真： - 使用MATLAB进行路径跟踪控制的实验仿真，对几种典型路径进行了测试，验证了滑模变结构控制在实际应用中的有效性和可行性。 6. 研究背景： - 本研究是在河北省科技厅科技支撑计划项目"复杂环境下自适应机器人系统研究"的基础上展开的，旨在提升机器人在复杂环境下的自主行动能力和适应性。 关键词：移动机器人，势场法，栅格法，路径规划，跟踪控制，滑模变结构控制。