全向輪式移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟蹤控制研究.pdf

1、近年來(lái)，全向移動(dòng)機(jī)器人的軌跡跟蹤控制問(wèn)題得到了廣泛的重視。本文以東北大學(xué)自主開(kāi)發(fā)的全向輪式移動(dòng)機(jī)器人作為研究對(duì)象，建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型。分析了其運(yùn)動(dòng)特征，選擇了基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型分層控制方案對(duì)全向輪式移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行軌跡跟蹤控制。重點(diǎn)圍繞模糊控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、準(zhǔn)滑?？刂啤⒛：吔苫Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制等方法在軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開(kāi)研究。本論文的主要工作和取得研究成果有:
　　首先，闡述了全向輪式移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，利用坐

2、標(biāo)變換方法建立移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)全向輪式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性選擇了基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型分層控制作為其軌跡跟蹤控制的設(shè)計(jì)方案。
　　其次，以全向輪式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型作為控制對(duì)象，以線速度和角速度為控制輸入，設(shè)計(jì)了幾種控制器并通過(guò)仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性。(1)設(shè)計(jì)了模糊控制器對(duì)全向輪式移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行軌跡跟蹤控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)期望軌跡的跟蹤控制。(2)為了提高系統(tǒng)的魯棒性，設(shè)計(jì)了滑模變結(jié)構(gòu)控制器，有效的克服外界不確定的

3、干擾，并進(jìn)行了相應(yīng)的仿真證明設(shè)計(jì)的有效性和可行性。(3)為了減弱滑模變結(jié)構(gòu)控制器中的抖振，采用了連續(xù)函數(shù)代替了原來(lái)的符號(hào)函數(shù)，設(shè)計(jì)了準(zhǔn)滑模控制器，通過(guò)仿真證明其能夠很好的減弱抖振。
　　然后，針對(duì)基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型描述的全向輪式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，研究了模糊趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制軌跡跟蹤控制器，對(duì)線速度和角速度均為勻速的圓軌跡在有限時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全跟蹤。這種控制器保留了模糊控制與滑模變結(jié)構(gòu)控制的優(yōu)點(diǎn)，既能對(duì)機(jī)器人這個(gè)多輸入多輸出、高度耦合的非