基于Robocup足球機(jī)器人路徑規(guī)劃與軌跡跟蹤的研究(田麗平)知識(shí)分享

基于Robocup足球機(jī)器人路徑規(guī)劃與軌跡跟蹤的研究

答辯人：田麗平指導(dǎo)老師：楊光紅教授1/14/20251緒論常見(jiàn)路徑規(guī)劃方法的介紹改進(jìn)的人工勢(shì)場(chǎng)法及仿真試驗(yàn)足球機(jī)器人軌跡跟蹤控制總結(jié)和展望主要內(nèi)容1/14/20252課題研究的意義

減少車體的碰撞

使機(jī)器人以最短的時(shí)間到達(dá)目的地，使比賽取得好成績(jī)1/14/20253常見(jiàn)方法的介紹以及優(yōu)缺點(diǎn)分析柵格法圖1柵格法1/14/20255

優(yōu)缺點(diǎn)分析優(yōu)點(diǎn)：存在路徑，有最優(yōu)解可以應(yīng)用多種成熟的算法缺點(diǎn)：柵格粒度選擇所需的存儲(chǔ)空間大路徑是折線的，不光滑1/14/20256最短切線法切線路徑：R，R然后比較兩條路徑的長(zhǎng)度，路徑短的為最短切線路徑。圖2最短切線法圖1/14/20257最短切線法優(yōu)缺點(diǎn)分析優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)計(jì)算簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：碰撞半徑不易得知運(yùn)行速度快時(shí)，易碰撞1/14/20258勢(shì)場(chǎng)法的引入圖3人工勢(shì)場(chǎng)法受力圖1/14/20259傳統(tǒng)的人工勢(shì)場(chǎng)函數(shù)斥力場(chǎng)：引力場(chǎng)：(1)(2)(3)(4)1/14/202510機(jī)器人下一步的運(yùn)動(dòng)方向由合力的方向決定。

1/14/202511運(yùn)動(dòng)學(xué)模型(5)圖4運(yùn)動(dòng)學(xué)模型圖1/14/202512

定義機(jī)器人當(dāng)前位姿，則得到機(jī)器人下一時(shí)刻的位姿為：

其中，c為步長(zhǎng)，可根據(jù)實(shí)際情況選取。

在路徑規(guī)劃過(guò)程中，人工勢(shì)場(chǎng)法實(shí)時(shí)性強(qiáng)，優(yōu)勢(shì)明顯。

(6)1/14/202513缺點(diǎn)1：目標(biāo)不可達(dá)問(wèn)題OBR當(dāng)障礙物在目標(biāo)位姿附近，機(jī)器人向目標(biāo)點(diǎn)逼近時(shí)，引力減小而斥力增大，而合力會(huì)使機(jī)器人遠(yuǎn)離目標(biāo)點(diǎn)致規(guī)劃失敗。圖5目標(biāo)點(diǎn)不可達(dá)問(wèn)題圖1/14/202514缺點(diǎn)2：局部最小問(wèn)題

產(chǎn)生局部最小問(wèn)題，即機(jī)器人所受合力為零，而此時(shí)機(jī)器人未到目標(biāo)點(diǎn)。圖6局部最小問(wèn)題圖1/14/202515改進(jìn)目標(biāo)點(diǎn)不可達(dá)相應(yīng)斥力為：(8)(7)1/14/202516(10)(9)圖7新勢(shì)場(chǎng)受力圖1/14/202517改進(jìn)局部最小點(diǎn)

(14)(11)(13)(12)1/14/202518仿真分析圖8人工勢(shì)場(chǎng)法與最短切線法比較圖9人工勢(shì)場(chǎng)法與柵格法比較1/14/202519

圖10目標(biāo)點(diǎn)不可達(dá)問(wèn)題圖11局部最小問(wèn)題圖12消除目標(biāo)點(diǎn)不可達(dá)問(wèn)題圖13消除局部最小問(wèn)題1/14/202520軌跡跟蹤問(wèn)題描述足球機(jī)器人的軌跡跟蹤問(wèn)題就是對(duì)任意初始位姿C，尋找控制率，使小車能夠跟蹤到參考位姿和參考速度，并使得。圖14位姿誤差示意圖1/14/202521坐標(biāo)誤差模型為：微分方程為：(16)(15)1/14/202522取Lyapunov函數(shù)為：其中(18)(17)1/14/202523引理：對(duì)任意，有當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)等號(hào)成立取控制律(19)(20)1/14/202524仿真結(jié)果控制器參數(shù)，期望速度跟蹤直線跟蹤誤差，跟蹤誤差1/14/202525跟蹤圓控制器參數(shù)，期望速度跟蹤誤差，跟蹤誤差1/14/202526結(jié)論與展望對(duì)傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)函數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)，驗(yàn)證本文所提方法的有效性設(shè)計(jì)足球機(jī)器人速度跟蹤控制律，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于期望軌跡的準(zhǔn)確跟蹤完成的工作：1/14/2025