【摘 要】
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随着人口老龄化及下肢瘫痪者的数量越来越多,为了使他们能够日常独立的生活,坐垫机器人得到大量的应用。由于室内工作空间存在障碍物,为了避免碰撞障碍物,使用者安全到达终点,必须准确地规划出一条最短的安全路径并实现轨迹跟踪。现有研究坐垫机器人的轨迹跟踪控制都没有考虑到误差收敛时间问题,因此本文研究了一种坐垫机器人最短安全路径规划的方法及指定暂态运动时间的控制方法。完成的主要内容如下:建立了坐垫机器人系统的
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随着人口老龄化及下肢瘫痪者的数量越来越多,为了使他们能够日常独立的生活,坐垫机器人得到大量的应用。由于室内工作空间存在障碍物,为了避免碰撞障碍物,使用者安全到达终点,必须准确地规划出一条最短的安全路径并实现轨迹跟踪。现有研究坐垫机器人的轨迹跟踪控制都没有考虑到误差收敛时间问题,因此本文研究了一种坐垫机器人最短安全路径规划的方法及指定暂态运动时间的控制方法。完成的主要内容如下:建立了坐垫机器人系统的运动学模型,利用坐垫机器人的运动学模型并加入质心偏移干扰量,对坐垫机器人的跟踪误差进行坐标变换,最终建立了基于质心偏移的坐垫机器人位姿误差模型。利用栅格法对坐垫机器人的工作空间进行环境建模,并基于路径解的数量来解决Q-Learning算法存在的探索—利用平衡问题,以此改进Q-Learning算法的搜索策略,同时也基于路径解的数量来改进学习率,实现坐垫机器人的路径搜索,找到最短的安全路径。通过MATLAB仿真结果验证了本文改进Q-Learning算法可以得到最短的安全路径。利用坐垫机器人质心偏移的位姿误差模型,分别设计了坐垫机器人线速度控制器和角速度控制器。利用Lyapunov稳定理论,分析了坐垫机器人运动位姿误差和运动速度在指定暂态运动时间上稳定性问题,证明坐垫机器人系统在指定暂态运动时间上能够达到渐近稳定,并提出一种粒子群算法优化指定暂态运动时间控制器参数。通过MATLAB仿真结果验证了本文所设计的粒子群算法能够有效优化控制器参数,结合所设计的指定暂态运动时间控制器,可以使坐垫机器人在指定暂态运动时间上实现轨迹稳定跟踪。
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