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1、2020/8/6,1,基于Robocup足球机器人路径规划与轨迹跟踪的研究,答 辩 人:田丽平 指导老师:杨光红 教授,2020/8/6,2,绪论 常见路径规划方法的介绍 改进的人工势场法及仿真试验 足球机器人轨迹跟踪控制 总结和展望,主要内容,2020/8/6,3,课题研究的意义,减少车体的碰撞 使机器人以最短的时间到达目的地,使比赛取得好成绩,2020/8/6,5,常见方法的介绍以及优缺点分析,栅格法,图1 栅格法,2020/8/6,6,优缺点分析,优点: 存在路径,有最优解 可以应用多种成熟的算法 缺点: 栅格粒度选择 所需的存储空间大 路径是折线的,不光滑,2020/8/6,7,最短切
2、线法,切线路径:R ,R 然后比较两条路径的长度,路径短的为最短切线路径。,图2 最短切线法图,2020/8/6,8,最短切线法优缺点分析,优点: 方法简单,容易实现 计算简单 缺点: 碰撞半径不易得知 运行速度快时,易碰撞,2020/8/6,9,势场法的引入,图3 人工势场法受力图,2020/8/6,10,传统的人工势场函数,斥力场:,引力场:,(1),(2),(3),(4),2020/8/6,11,机器人下一步的运动方向由合力的方向决定。,2020/8/6,12,运动学模型,(5),图4 运动学模型图,2020/8/6,13,定义机器人当前位姿 ,则得到机器人下 一时刻的位姿 为: 其中
3、,c为步长,可根据实际情况选取。 在路径规划过程中,人工势场法实时性强,优势明显。,(6),2020/8/6,14,缺点1:目标不可达问题,O,B,R,当障碍物在目标位姿附近,机器人向目标点逼 近时,引力减小而斥力增大,而合力会使机器 人远离目标点致规划失败。,图5 目标点不可达问题图,2020/8/6,15,缺点2:局部最小问题 产生局部最小问题,即机器人所受合力为零,而此时机器人未到目标点。,图6 局部最小问题图,2020/8/6,16,改进目标点不可达,相应斥力为:,(8),(7),2020/8/6,17,(10),(9),图7 新势场受力图,2020/8/6,18,改进局部最小点,(1
4、4),(11),(13),(12),2020/8/6,19,仿真分析,图8 人工势场法与最短切线法比较,图9 人工势场法与栅格法比较,2020/8/6,20,图10 目标点不可达问题,图11 局部最小问题,图12 消除目标点不可达问题,图13 消除局部最小问题,2020/8/6,21,轨迹跟踪问题描述,足球机器人的轨迹跟踪问题就 是对任意初始位姿C,寻找控 制率 ,使小车能够跟 踪到参考位姿 和参考速度 ,并使 得 。,图14 位姿误差示意图,2020/8/6,22,坐标误差模型为: 微分方程为:,(16),(15),2020/8/6,23,取Lyapunov函数为:,其中,(18),(17)
5、,2020/8/6,24,引理:对任意 ,有 当且仅当 时等号成立,取控制律,(19),(20),2020/8/6,25,仿真结果,控制器参数 , 期望速度,跟踪直线,跟踪误差 ,跟踪误差,2020/8/6,26,跟踪圆,控制器参数 , 期望速度,跟踪误差 ,跟踪误差,2020/8/6,27,结论与展望,对传统人工势场函数进行了改进 设计仿真平台,验证本文所提方法的有效性 设计足球机器人速度跟踪控制律,实现了对于期望轨迹的准确跟踪,完成的工作:,2020/8/6,28,本文有些工作有待进一步完善: 禁区路径规划子系统 设计控制律对复杂路径进行跟踪 新的路径规划方法的研究,2020/8/6,29,谢谢各位老师!,