四輪差動全方位移動機器人路徑跟隨技術研究.pdf

1、輪式移動機器人(Wheeled Mobile Robot，WMR)以其靈活的使用方式、高效的移動性能被應用到越來越多的場合，然而具備全方位移動功能的輪式移動機器人卻因其結構過于復雜或不能達到良好的運動性能而在使用上受到了制約。文中針對一種新型的全方位移動機器人作了相應的研究，主要側重于路徑跟隨控制相關技術。這一機器人稱為四輪差動全方位移動機器人(4-wheel differentialomnidirectional mobile rob

2、ot)，簡稱4-wheel differential robot(4WDR)。
　　 首先，介紹了WMR常見的驅動方式及優(yōu)缺點，與由兩個差動單元組成的4WDR進行了簡單對比；并隨后介紹了4WDR的結構，建立了機器人的運動學模型，為后續(xù)的研究奠定了基礎。
　　 其次，研究了機器人的路徑跟隨策略，提出雙參考點路徑跟隨方式，并給出了該方式下路徑規(guī)劃所應滿足的必要性條件；同時采用幾何方式結合人工駕駛思想研究了機器人的臨時路徑生成

3、方法，用以解決機器人初始偏差過大導致輸出過大的問題。
　　 再次，設計了機器人路徑跟隨控制系統(tǒng)，采取前后差動單元主從控制的模式。將差動單元角速度控制和速度控制分離，基于模糊控制技術和人工駕駛思想分別設計了模糊控制器。其中角速度控制器的輸入量為差動單元橫向偏差和角度偏差；速度控制器的輸入量為路徑虛曲率和差動單元的角速度，虛曲率由前方路徑和當前路徑的彎曲程度加權合成，真實反應了路徑狀況，角速度而非角度偏差的引入則解決了機器人在參考路

4、徑彎曲程度與位置偏差都較大的情況下機器人速度較慢的問題。
　　 最后，在MATLAB中對臨時路徑的生成進行了仿真，仿真結果表明臨時路徑的生成方法正確、可行；同時在Simulink中建立了4WDR的路徑跟隨仿真模型，對直線、圓和正弦曲線三種最具代表性的路徑進行了路徑跟隨仿真實驗，實驗結果表明：設計的路徑跟隨策略及控制系統(tǒng)方案可行，且系統(tǒng)路徑適應性強、超調量小、響應速度快；為了將4WDR應用到實踐中，設計了實驗模型，并在實驗模型的基