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随着科学技术和时代的发展,机器人作为高新技术密集的机电一体化产品在近年来得到了迅速的发展,现代社会机器人得到了广泛的应用,由于机器人具有高效性、安全性和高精确性等优点被普遍应用于工业、国防、航空航天等各个领域,机器人的应用已经成为一种提高劳动生产率、改善劳动环境和提高产品质量的一个行之有效的方法。尤其在当今21世纪,机器人的应用将越来越广泛。移动机器人研究是机器人学中的一个重要分支。移动机器人运动控制与路径规划又是机器人研究的重要方向。本文以深圳欧鹏公司生产的DM-B200型机器人为研究对象,从多个方面对移动机器人的运动控制与路径规划技术进行了深入、系统的研究,其主要研究内容如下:
从移动机器人的历史和现状出发,对比了国内外的不同发展状况,对移动机器人领域的研究方向进行了综述。着重研究了移动机器人运动控制与路径规划中常用的方法,对变结构PID控制算法及遗传算法进行了深入的分析。
为了改善对直流电机的控制效果,研究了直流电机的数学模型。本文采用变结构PID算法设计了控制器,该算法能根据采集数据实时地调节PID参数,并用Ziegler-Nichols法进行了参数整定,最后在MATLAB环境中进行了仿真分析,仿真结果证明了该方法的有效性。
在应用遗传算法进行机器人路径规划时,为了解决传统遗传算法“早熟收敛”和“收敛速度慢”的问题,设计了一种用于路径规划的改进遗传算法。该算法根据规划问题的具体要求,对染色体编码,种群初始化等操作进行了改进,编码采用二维浮点数变长度的编码方式,种群初始化采用知识启发的策略,以加快收敛速度。在控制参数设定方面引入自适应调整控制参数。仿真结果证明了算法的正确性和高效性。