漫游机器人的控制策略和控制系统设计文献综述

 2022-07-26 03:07

《漫游机器人的控制策略和控制系统设计》文献综述

1. 引言

自二十世纪六十年代末,斯坦福国际研究所( SRI )的Nilsson等人研制出第一台移动式机器人Shakey以来[1],机器人技术开始进行进入新的第三纪元。移动机器人则是机器人发展中尤为重要的一个方向。移动机器人的应用对拓展人类的认知范围具有深远意义。随着科学技术的发展,人类的研究和活动领域已经由陆地逐步延伸到深海和外层空间。由于自然条件的限制,许多环境并不适合人类活动,必须借助新的技术途径才能对其进行深入研究和开发。其中,利用移动机器人替代人类在恶劣、危险条件下或其它不适宜人类活动的环境中作业是一种重要的手段。在外层空间,探索机器人对于完成各种外星探索比如火星探测、月球探测等方面具有重大作用;在资源开发方面,海底资源探查、地底矿藏开采等都离不开移动机器人;在一些具有危险性的操作中,如核废料、爆炸物处理,毒气浓度检测等,移动机器人更是具有人类不可比拟的优势[2]

2. 研究的目的及意义

现代的移动机器人是一个交叉学科,包括电子,机械,仪表,传感器等多方面的内容。轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot,WMR)结构简单,容易实现,具有移动速度快、转向性能好、行走效率高等特点。随着自动化技术的深入研究,移动机器人已广泛应用于多种领域,如军事,娱乐和医疗保健领域,移动机器人是一种重要的工具。机器人漫游是机器人竞赛中的一个项目,也是移动机器人实用化技术的载体,课题的研究目的是设计一种移动机器人的控制系统,为移动机器人的实用化奠定基础,对移动机器人技术的发展具有一定的实际意义。

轮式机器人作为移动机器的一个代表,广泛应用于多个领域。目前,移动机器人有足式步行机器人、履带式机器人、特种机器人和轮式机器人,其中足式步行机器人、履带式机器人、特种机器人的的研究进度较慢且实现困难,如NASA美国宇航局于2006年发布研制攀岩型火星探测机器人(Limbed Excursion Mechanical Utility Robot)以取代轮式火星探测车,可用于极端地形的探测[3]。轮式移动机器人控制简单、运动稳定、滑动摩擦阻力小、能源利用率高、不必要考虑行走时的平衡性,实现各方面的技术都相对简单成熟,正在向实用化迅速发展[4]

3. 国内外研究现状

自第一个机器人专利问世以来,机器人经过了近50年的发展,取得了诸多成绩。机器人经历了从单轮、双轮到三轮、四轮的多自由度发展,在控制方法与控制理论上都有极大进步。月球车,无人车等一系列轮式移动机器人在军事、航天、生活等方面得到了重大发展。中国现代机器人起步相对国外较晚,在机器人领域的发展较为落后,但发展速度绝不落后,正在不断追赶国外并在某些领域超越国外[2]-[37]

3.1 国外研究现状

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