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带拖车的轮式移动机器人系统若干问题研究

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第一章绪论

1.1引言

1.2带拖车的轮式移动机器人研究背景

1.2.1系统特征

1.2.2带拖车的轮式移动机器人系统包含的关键技术

1.3本文的主要工作

第二章带拖车的轮式移动机器人系统模型和可控性分析

2.1带拖车的轮式移动机器人系统模型

2.1.1引言

2.1.2基本假设和变量说明

2.1.3系统的运动学模型

2.1.4非完整约束

2.2可控性分析

2.2.1非线性系统可控性微分几何判据

2.2.2 非标准连接系统可控性分析

2.3小结

第三章带拖车的移动机器人包络路径分析与描述

3.1引言

3.1.1路径规划问题

3.1.2带拖车的移动机器人系统路径规划困难所在

3.1.3系统运动路径的直观分析与思考

3.2包络路径概念与量化分析

3.2.1包络路径概念

3.2.2车体参数和路径参数的关系

3.2.3包络路径量化与角度约束的加入

3.2.4非标准连接系统的包络路径

3.3包络路径提出的意义

3.3.1基于包络路径方法的路径规划

3.3.2包络路径对于拖车节数可变系统路径规划的意义

3.4小结

第四章带拖车的轮式移动机器人路径规划

4.1引言

4.11包络路径规划算法的理论基础

4.1.2包络路径规划的实现步骤

4.2环境建模

4.2.1四叉树模型

4.2.2位置码

4.2.3 LCQT模型与四叉树的操作

4.3路径搜索

4.4路径曲线平滑

4.5仿真实验

第五章带拖车的移动机器人系统功能分析与系统设计

5.1引言

5.1.1移动机器人系统复杂性

5.1.2典型的移动机器人体系结构

5.2系统的设计目标与功能

5.3系统的体系结构与总体设计

5.3.1系统的软件结构

5.3.2模块功能描述

5.3.3系统的硬件配置

第六章总结与展望

参考文献

附录本人攻读硕士期间的工作与论文

致 谢

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摘要

带拖车的移动机器人系统是一个具有高度复杂性和高度综合性的系统.论文就该系统的运动学、可控性、路径规划策略,以及系统设计开发时的功能与结构等问题展开研究.主要内容包括以下几个方面:在系统建模和可控性理论方面,建立了一般连接形式的带多个拖车系统的运动学模型,并以此为基础,对系统的可控性进行了分析,得到两车体一般连接形式的可控性结论,并对多车体可控性分析作了探索.论文对该系统的路径规划提出了身份个基本的问题:一是考虑系统运动约束的条件下,如何为移动机器人系统在包含障碍物的工作空间规划一条可行的无碰路径;二是拖车节数可变情况下的路径规划策略问题.基于对系统运动路径特征的理论分析与计算,论文提出了包络路径概念来表达路径特征与系统运动约束,并结合已经成熟的环境建模技术,实现了带拖车的轮式移动机器人系统的路径规划算法;同时,提出了拖车节数可变情况下的路径规划策略,回答了路径规划的两个问题.仿真系统的设计与实现是研究工作必要的组成部分,论文采用TurboC++3.0开发了仿真系统,对包络路径规划算法的有效性进行了验证和进一步的分析.

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