基于激光雷达的非完整约束轮式机器人高速导航生存控制#刘磊1，高岩1，吴越鹏2**510152025303540（1.上海理工大学管理学院；2.上海理工大学光电学院）摘要：轮式机器人具有非完整约束的性质,使得控制本身存在复杂性,在此基础上自主执行导航,就需要使用偏向保守的控制决策行为.已有的控制方法难以实现机器人激进高速的导航避障,其原因在于,当前的理论框架无法将被控对象与外界环境、系统目标紧密相连.在激光雷达采样的基础上,进行环境特征抽取,并构造抽象的生存性边界,用数值计算和优化的方法将生存理论应用于机器人,可在未知的环境中进行激进的导航控制.经仿真实验,所给出的控制方法能够克服非完整约束机器人导航控制的复杂性,且兼顾实现了激进的高速移动.关键词：轮式机器人；激光雷达；生存理论；高速导航中图分类号：TP242ViabilitycontrolofnonholomicwheeledrobothighspeednavigationbasedonLADARLiuLei1,GaoYan1,WuYuepeng2(1.SchoolofManagement,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology;2.Optical-electricalschool,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology)Abstract:Wheeledrobothasnonholomicconstraints,andthecontrolofsuchsystemiscomplex,sotheautonmousnavigationcontrolanddecision-makingbehaviorofrobotstendtobeconservative.Existingcontrolmethodsaredifficulttoachievehigh-speednavigationofrobotswithobstacleenvironment,thereasonisthatthecurrenttheoreticalframeworkcannottakeaccountrobot,environmentandgoalstogether.viabilitytheoryisusedinnavigationcontrolofthisclasssystem,basedonLADARdata,environmentalfeaturesareextracted,andusedtoconstructabstractviabilityborder,usingnumericalcalculationandoptimizationmethods,giventheradicalnavigationcontrolofautonomoussystemsincomplexenvironments.bysimulationexperiments,thecontrolmethodcanovercomethecomplexityofrobotwithnonholonomicconstraints,andachieveradicalhigh-speedmovement.Keywords:wheeledrobot;LADAR;viabilitytheory;highspeednavigat0引言机器人大多具有非完整约束性质,使得这类系统的控制具有复杂性.经过20多年的研究,实现了对系统的三类控制：点镇定、轨迹跟踪、路径跟随.这三类控制到达了较高的水平,但是这些控制理论架构多只针对非线性系统本身,所能克服的仅是非线性系统本身的控制复杂问题,对环境特征的考虑往往置于该层控制之外,造成两层控制之间存在间隙,使得上层控制策略趋向保守.以轮式机器人为例：其导航控制包含三层控制,顶层实现目标导航;中层实现自主避障;底层实现机器人的非线性控制.现有的方法如矢量场直方图法[1],中层基金项目：国家自然科学基金(11171221);国家教育部博士点基金资助项目(20103120110008);上海市一流---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---学科建设项目(XTKX2012);上海理工大学博士启动经费（1D-10-303-002）作者简介：刘磊（1982-），男，博士后，主要研究方向：机器人智能通信联系人：高岩(1962-)，男，教授，博士生导师，从事复杂系统控制，非光滑优化等研究.gaoyan@usst.edu.cn-1----本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---使用矢量场对环境建模,找出可行的避障候选方向,并与顶层目标人工加权结合,找出最优的行进方向,底层控制忽略机器人本身的动力学特性.在避障的过程中,只能采用保守的低速差动转向.其它的中层反应避障控制包括模糊控制[2,3]、神经网络控制、路径合成控制[4]45等,顶层目标导引与中层障碍躲避行为之间的决策方法有分层序列法、目标规划法、加权系数法、权衡比法、以及多目标优化法等[5],以上叙述的控制策略都属于机器人的反应式控制方法.另一类导航是采用慎思控制,顶层与中层是通过路径规划技术获取无碰的虚拟路径,已有的路径规划技术支持一定的动态搜索,然后对形成的路径分段,以子目标的形式输入到机器人底层驱动控制.底层驱动控制对非完整约束机器人使用非线性控制方法,实现规划路5055606570径的跟随.以上两类机...