路徑跟隨運動控制的幾何方法研究.pdf

1、移動機器人主要包括水、陸、空中和空間機器人,它們的運動控制大致可以分為兩類:軌跡跟蹤和路徑跟隨。軌跡跟蹤是指載體需要在特定時間到達空間中給定曲線上的特定點,它要求時間和空間上的一致性。路徑跟隨是指載體跟蹤空間中給定的幾何曲線,它并不需要時間上的一致性。由于路徑跟隨誤差(也稱輪廓誤差)很難直觀地反映在運動控制模型中,這給路徑跟隨控制系統(tǒng)的設計帶來了相當?shù)碾y度。為此,本文用幾何方法給出了路徑跟隨問題的一般描述,將輪廓誤差顯式地表現(xiàn)在控制系統(tǒng)

2、設計模型中,為移動機器人路徑跟隨運動控制提供了一般的解決框架。
　　首先,本文通過坐標變換將慣性系下的路徑跟隨運動控制模型轉換為Frenet動坐標系下的路徑跟隨運動控制模型,從而可以輪廓誤差和姿態(tài)角誤差直觀地表示出來。對于平面路徑跟隨運動控制問題,輪廓誤差可以近似認為是Frenet坐標架法線方向的分量,而姿態(tài)誤差則是載體的速度方向與Frenet坐標架切線方向的夾角。對于空間路徑跟隨運動控制問題,輪廓誤差可以分解到Frenet坐標架

3、主法線和次法線方向上;而姿態(tài)角速度誤差為體坐標系下的角速度與Frenet系下的角速度在慣性系下的投影之差。
　　在此基礎上,論文給出了路徑跟隨運動控制系統(tǒng)的Lyapunov設計方法。通過變量代換方法,將路徑跟隨運動控制模型轉換為鏈式系統(tǒng),然后利用Lyapunov方法設計了相應的運動跟隨鎮(zhèn)定控制器。針對平面路徑跟隨運動控制問題,以差速移動機器人和前輪轉向移動機器人為例,分別建立其在Frenet坐標系下的運動學模型,設計控制器。以跟蹤