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仿尺蠖微小型壁面移动机器人运动规划与控制研究
摘要：
在本文中，我们研究了仿尺蠖微小型壁面移动机器人的运动规划与控制策略。针对尺蠖自身特点和环境限制，设计了基于最短路径和PID控制器的运动规划与控制方案。同时，我们对方案进行了仿真和实验验证，结果表明此方案能够有效地控制机器人在墙壁上行进，达到运动目标。此研究对机器人在特定环境中的移动控制具有实际应用价值。
关键词：尺蠖机器人；运动规划；PID控制器；墙面移动
1.引言
随着机器人技术的不断发展，以及在各种特殊环境中的应用需求增加，微型机器人的研究成为了各界关注的焦点。其中，仿生机器人的研究因其具有较强的应用实际价值和生物学意义而备受关注。尺蠖是一种昆虫，可以在墙壁和天花板等竖直平面上行进，由此启发出了尺蠖机器人的研究。本文就针对尺蠖机器人的移动规划和控制策略进行了探究。
2.尺蠖机器人运动规划
2.1基于最短路径的规划
尺蠖机器人在墙面上行走是受力学原理限制的。在墙面上行走时，尺蠖机器人利用地面和墙面之间的粘附力，通过周期性运动控制来保持在墙面上的平衡。为此，我们设计了基于最短路径的规划方法，寻找最短路径以保证机器人沿着最短路径行进。使用迪杰斯特拉算法，最短路径是从起点到终点的路径，使得起点到终点的距离最短。在运动规划中，机器人首先通过传感器获取周围墙壁的距离信息，将距离数据转化为图形并使用最短路径算法找到距离最短的路径。
2.2基于PID控制器的控制策略
PID控制器是一种广泛使用的反馈控制器，由比例、积分和微分三个部分组成。在尺蠖机器人的控制中，我们采用PID控制器，对机器人的位置进行控制和调整。当机器人离开规划路径时，控制器便会对其进行反馈控制，使其按照规划路径正常前行。同时，PID控制器可以通过对机器人的角度进行控制，使机器人实现对运动方向的调整。
3.实验与仿真结果
为了验证所提出的运动规划和控制方案的有效性，我们对其进行了实验和仿真验证。在实验中，我们使用了中国科学院自动化研究所研制的尺蠖机器人原型机。通过PC端和控制器连接，实现对机器人的运动控制。
同时，我们也进行了仿真实验。使用MATLAB和Simulink软件对运动规划和控制方案进行仿真和模拟。模拟结果表明，所提出的运动规划和控制方案能够有效地控制机器人在墙壁上进行移动。
4.结论
本文研究了尺蠖微型壁面移动机器人的运动规划与控制问题，设计了基于最短路径和PID控制器的运动规划与控制方法。实验和仿真结果表明，所提出的方法能够有效地控制机器人在墙壁上行进。此研究为微小型移动机器人在特定环境中的运动控制提供了一种有效的解决方案，具有实际应用价值。
参考文献：
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