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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1/14/20251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1/14/20252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1/14/20253常见方法的介绍以及优缺点分析栅格法图1栅格法1/14/20255

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1/14/20256最短切线法切线路径：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1/14/20257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1/14/20258势场法的引入图3人工势场法受力图1/14/20259传统的人工势场函数斥力场：引力场：(1)(2)(3)(4)1/14/202510机器人下一步的运动方向由合力的方向决定。

1/14/202511运动学模型(5)图4运动学模型图1/14/202512

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，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)1/14/202513缺点1：目标不可达问题OBR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1/14/202514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1/14/202515改进目标点不可达相应斥力为：(8)(7)1/14/202516(10)(9)图7新势场受力图1/14/202517改进局部最小点

(14)(11)(13)(12)1/14/202518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1/14/202519

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1/14/202520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1/14/202521坐标误差模型为：微分方程为：(16)(15)1/14/202522取Lyapunov函数为：其中(18)(17)1/14/202523引理：对任意，有当且仅当时等号成立取控制律(19)(20)1/14/202524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1/14/202525跟踪圆控制器参数，期望速度跟踪误差，跟踪误差1/14/202526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：1/14/2025

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