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非完整轮式移动机器人轨迹跟踪及避障控制研究的开题报告
1.研究背景：
传统的运动机器人主要采用轮式或履带式驱动方式，这些机器人多数采用完整的运动模型，运动控制较为简单。但这些机器人只适用于平坦宽敞的环境，很难在狭窄的环境中自主移动。针对这种情况，不完整轮式移动机器人成为更好的选择。
非完整轮式移动机器人的运动模型比较复杂，机器人在行驶时会出现脱离轨迹或者停滞不前的情况，因此如何对这种机器人进行运动控制显得尤为关键。同时，随着无人驾驶技术的发展和应用，非完整轮式移动机器人运动控制的研究也具有十分广阔的应用前景。
2.研究目的：
本研究旨在通过对非完整轮式移动机器人运动模型的分析和建立，探讨非完整轮式移动机器人的运动控制问题，包括轨迹跟踪和避障控制，以提高非完整轮式移动机器人的自主移动能力，实现机器人在狭小的环境中的自主行驶。
3.研究内容：
（1）非完整轮式移动机器人的运动模型建立：对非完整轮式移动机器人的运动模型进行建立和分析，包括机器人的动力学模型、运动学模型和约束方程模型等，建立适用于轨迹跟踪和避障控制的运动模型。
（2）基于PID控制的非完整轮式移动机器人轨迹跟踪控制：分析传统的PID控制方法在非完整轮式移动机器人的轨迹跟踪控制中的应用，以提高机器人的控制精度和稳定性。同时，研究如何通过自适应PID调节算法对PID参数进行优化，以提高控制精度和稳定性。
（3）基于模型预测控制的非完整轮式移动机器人避障控制：考虑到非完整轮式移动机器人在复杂环境中的行驶，采用基于模型预测控制的方法，对机器人的避障控制进行研究。建立机器人的能量函数，并采用最小代价函数对机器人的动态行为进行优化，以实现机器人在复杂环境中的自主行驶。
4.研究意义：
本研究将建立适用于非完整轮式移动机器人的运动模型和控制算法，提高机器人的自主移动能力和控制精度，为该类型机器人的应用开创一条新路，同时为无人驾驶技术的发展做出贡献。
5.预期成果：
（1）非完整轮式移动机器人的运动模型和控制算法；
（2）基于PID控制的轨迹跟踪控制算法和实验验证结果；
（3）基于模型预测控制的避障控制算法和实验验证结果。
6.研究方法：
（1）理论研究：分析非完整轮式移动机器人的运动模型和运动约束方程，以建立适用于机器人轨迹跟踪和避障控制的运动模型。
（2）仿真实验：基于MATLAB/Simulink软件进行非完整轮式移动机器人的建模与仿真，验证运动模型的准确性和控制算法的有效性。
（3）实际实验：在机器人实验平台上进行机器人的轨迹跟踪和避障控制实验，验证控制算法在实际机器人上的有效性和可行性。
7.研究进度安排：
第一学期：文献调研，机器人运动模型及控制算法的理论研究
第二学期：非完整轮式移动机器人的建模与仿真；PID控制算法的设计和实现
第三学期：模型预测控制算法的设计和实现；机器人实际实验验证
第四学期：实验结果分析和总结，整理科研成果，撰写论文。
8.参考文献：
[1]杨晶,冯振兴,张昭华,等.基于状态反馈的非完整轮-悬挂摩擦轮组合式机器人运动控制[J].华南理工大学学报：自然科学版,2014,42(2):45-50.
[2]孙诗杰,张昭华,刘学领,等.基于二阶滑模控制的水平非完整移动机器人轨迹跟踪[J].机器人,2016,38(2):177-183.
[3]朱兆祥,吴成桂,刘成旭.基于模型预测控制的非完整轮式移动机器人路径规划[J].机械设计与制造,2019,45(12):1-5.