考虑纵向滑移的轮式移动机器人轨迹跟踪控制

来源 :沈阳工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yesheng1991
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轮式移动机器人能够提高生产效率、方便日常生活而被学者广泛的关注。关于轮式移动机器人的轨迹跟踪控制,现有的研究没有考虑到车轮与地面发生纵向滑动的问题,从而影响轮式移动机器人的轨迹跟踪性能。为此,本文研究四轮移动机器人的轨迹跟踪控制,通过设计观测器估计滑动参数的方法,解决车轮纵向滑动的问题,目的是能够实现在车轮发生纵向滑动时对期望轨迹精确跟踪。主要研究内容如下:针对车轮与地面发生的纵向滑动,引入滑动参数表示车轮发生纵向滑动时的打滑程度。分别考虑同侧车轮等速和四轮独立驱动的情况,根据车轮速度与前进速度的关系对运动学进行数学建模,并且根据Lagrange方法和一般模型建立了轮式移动机器人的动力学模型。针对同侧的两个车轮轮速相等的情况,利用运动学模型,设计了干扰观测器对车轮发生纵向滑动时的滑动参数进行估计,并且证明了干扰观测器的稳定性。提出了基于动力学模型的鲁棒控制器对期望轨迹进行跟踪。仿真结果表明干扰观测器能够对滑动参数进行精确的估计,鲁棒控制器能够在不确定干扰的影响下使轮式移动机器人实现良好的轨迹跟踪性能。针对纵向滑动时四轮独立驱动的情况,基于运动学模型,根据滑模变结构控制原理分别对四个车轮的滑动参数进行估计,并且利用饱和函数削弱抖振对系统的影响。考虑到无法直接使用动力学模型设计控制器,利用反步法的思想设计了轮式移动机器人轨迹跟踪控制器,并且证明了轨迹跟踪误差系统的稳定性。仿真结果表明轮式移动机器人发生纵向滑动时能够对期望轨迹精确跟踪。
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