一種移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃與路徑跟蹤控制1朱常琳，馬浩全，郭光輝（蘭州鐵道學(xué)院機(jī)電與動(dòng)力工程學(xué)院，甘肅蘭州730070）控制及其實(shí)現(xiàn)。這種路徑規(guī)劃和路徑跟蹤控制并不只適用于水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪這種大型工件，若在路徑規(guī)劃過(guò)程中，考慮具體加工對(duì)象的幾何外形的特點(diǎn)，對(duì)路徑規(guī)劃方法加以改造，同樣適合于其它特殊外形的幾何工件。

我國(guó)黃河水系的大、中型水力發(fā)電廠，由于黃河泥沙含量較高，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在使用一段時(shí)間后，汽蝕、磨損十分嚴(yán)重。為保證生產(chǎn)安全、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，必須對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)處理。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是一種大型工件，轉(zhuǎn)輪葉面是三維連續(xù)曲面，形狀復(fù)雜，難于用普通的機(jī)械加工手段進(jìn)行修復(fù)。目前，我國(guó)多數(shù)水電站采用修復(fù)技術(shù)是人工補(bǔ)焊，再由工人用砂輪手工打磨修平的方法。這種方法勢(shì)必加大工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、惡化工作環(huán)境，特別是在用砂輪打磨修平時(shí)，飛揚(yáng)的金屬粉塵、高噪聲、高振動(dòng)的惡劣條件將嚴(yán)重影響工人的身體健康，而且工作效率低、葉形修磨質(zhì)量得不到保證。郭光輝教授等人根據(jù)我國(guó)水電站的實(shí)際情況，提出了一種新穎的解決辦法，即對(duì)直徑大于4m的轉(zhuǎn)輪采用轉(zhuǎn)輪固定，用可行走車(chē)載修磨機(jī)械繞轉(zhuǎn)輪移動(dòng)，對(duì)轉(zhuǎn)輪葉形逐一修復(fù)。該修磨設(shè)備成功代替工人手工勞動(dòng)，從根本上改善了工人的勞動(dòng)環(huán)境，提高了工作效率和葉形修磨質(zhì)量。在進(jìn)行水輪機(jī)葉片修磨時(shí)，首先根據(jù)需要加工的葉片位置，確定修磨機(jī)器人的最佳工作位置，移動(dòng)機(jī)器人根據(jù)此最佳工作位置（即移動(dòng)機(jī)器人的目標(biāo)位置）和傳感器系統(tǒng)聯(lián)合提供的位姿信息，進(jìn)行路徑規(guī)劃，然后對(duì)規(guī)劃好的路徑進(jìn)行跟蹤控制，最終達(dá)到最佳的加工位姿，以進(jìn)一步提高加工效率。

1系統(tǒng)原理本系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)原理如所示。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖由可以看出，整個(gè)系統(tǒng)以一臺(tái)pc-586為核心，它接收兩臺(tái)ccd攝像機(jī)和一塊高速圖像采集卡采集并經(jīng)過(guò)一臺(tái)pc-586處理的圖像信息，得出加工對(duì)象車(chē)體的位姿信息，并與mcs51單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)串行口通信送來(lái)的車(chē)體的位姿信息相融合，進(jìn)行路徑規(guī)劃，并依據(jù)規(guī)劃好的路徑分解成車(chē)體的控制信息，并通過(guò)串行口將控制命令傳遞給直接控制車(chē)體行走的mc-51單片機(jī)系統(tǒng)。以mc-51單片機(jī)為核心的子系統(tǒng)接收監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)pg586控制命令并按一定的控制方法對(duì)車(chē)體的方向和速度進(jìn)行控制，同時(shí)通過(guò)安裝在車(chē)體兩后輪上的光電編碼器的信息經(jīng)過(guò)積分得到車(chē)體的現(xiàn)時(shí)位姿，并將現(xiàn)時(shí)位姿信息傳遞給決策級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行融合，以提高決策的可靠性及精度。

2路徑規(guī)劃2.1路徑規(guī)劃方案（10）此為線性定常系統(tǒng)，對(duì)于線性定常系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)控制量y使z鎮(zhèn)定到0此處?。浩渲校琸i，k2分別為正常數(shù)對(duì)應(yīng)的原微分方程的解為當(dāng)式（13）的兩個(gè)根n，r2為兩個(gè)不相等的實(shí)根時(shí)：z即r1時(shí)：z對(duì)于以上任何一種情況‘主要保證k1，k2為正常數(shù)，則以上三種情況下的微分方程的解都是衰減的’當(dāng)t―0，―0，意味著小車(chē)的位置收斂到期望路徑上，且其運(yùn)動(dòng)方向?yàn)槠谕窂降那芯€方向其衰減的速度由k1，k2共同決定，僅僅從數(shù)學(xué)求解微分的角度而言，k1，k2取得越大，z―0和40的衰減速度越快，即小車(chē)能以更快的速度收l(shuí)arctan.北京：清華大學(xué)出版社，1996.任永益。關(guān)于自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)最優(yōu)控制的設(shè)計(jì)?？刂评韽埩⒚?。視覺(jué)導(dǎo)航中的路徑生成與跟蹤。組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1996，（6）：34-39.孫建。基于486微機(jī)的機(jī)器人多級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通訊的實(shí)現(xiàn)。組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1996，鄭志強(qiáng)，李春。裝備紅外探測(cè)系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)器人實(shí)時(shí)避障。中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，（專輯）：9-楊煥明。立體視覺(jué)在輪式移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航與監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。蘭州：蘭州鐵道學(xué)院，1999.黃一夫。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。北京：機(jī)械工業(yè)出王士兀。c語(yǔ)目高級(jí)實(shí)用編程技術(shù)。北京：清華大學(xué)出版社，1996. 1：2002-基金項(xiàng)目：甘肅省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（zr-◎朱常琳泣969-女湖南雙峰人講師，潛士ic