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随着计算机和机器人技术的发展,现代移动机器人在工业制造、军事、民用、科学研究等方面得到了越来越广泛的应用。它们可以代替人类实现很多繁重或恶劣条件下人类无法胜任的工作。另外,移动机器人的研究处在多学科交叉领域,给新理论和方法的产生都提供了广阔的实践舞台。因此移动机器人的研究一直都得到了各国的高度重视。
智能移动机器人最大的特点是:通过本身对外界环境信息的感知和处理,为自己规划行走路线,来达到人们使用移动机器人完成一定任务的目的,即它具有一定的“智能”,一定的自主能力。根据移动机器人的工作环境不同,可以简单地把它分为两大类:室外移动机器人和室内移动机器人。本文围绕着移动机器人研究中的两大关键技术:障碍检测和行走的实时控制进行了深入研究,取得了一些很有意义的成果。
本文的研究共分为五个部分。第一部分首先介绍了移动机器人的发展概况,然后介绍了移动机器人研究的几项关键技术。第二部分重点讲述了移动机器人的机械结构设计,自行设计制造了履带式自主移动机器人样机;硬件电路设计中,采用工控机作为上位机,单片机系统作为下层控制器,设计了机器人驱动模块、超声测距模块、通讯模块,实现了机器人的自主行走控制。第三部分初步设计出基于模糊逻辑的控制系统,按照移动机器人导航与定位的需要,从实用化的角度出发,详述了结合隶属度函数的障碍物检测的方法,并建立了基于模糊数学为基础的控制模型。模糊控制算法不需要建立对象的精确模型,它借助于人对受控机器人的知识和经验,建立用语言变量表达的、定性的控制规则来进行控制,可有效地处理机器人的复杂动力学模型和不确定性。第四部分针对第三部分提出的模型与方法进行了实物实验与仿真,通过分析实验结果,一方面验证相关理论与方法的有效性,同时提出在实验的过程中发现的一些问题及其出现的可能原因和一些解决办法,通过实践解决和完善设计算法上的不足。
通过对履带式移动机器人实时控制系统的研究,设计出了采用差动式驱动结构的移动机器人;在控制算法的设计中,采用了基于模糊数学的控制算法,对移动机器人行走技术的发展具有很强的现实意义。