基于輪地相互作用建模的移動機器人軌跡跟蹤控制研究.pdf

1、近年來,隨著外星探測、野外作業(yè)、極地考察的研究熱潮,極端工況下的特種移動機器人技術研究成為機器人技術研究中的熱點問題。特種移動機器人中,輪式移動機器人由于移動靈活、可靠性高、機械結構簡單等特點,在外星探測、野外作業(yè)、極地考察等科研任務中得到了廣泛應用,但由于任務環(huán)境的特殊性,決定了輪式移動機器人必須適應于松軟崎嶇的地形。地形的松軟崎嶇導致的移動機器人運動時產(chǎn)生的縱向滑轉和側向滑移問題,為移動機器人的控制提出了新的難題。本文針對松軟崎嶇地

2、形環(huán)境下的移動機器人,基于輪地相互作用理論和先進控制理論,對機器人軌跡跟蹤控制的相關問題進行了深入研究和分析。主要研究成果如下:
　　松軟地形下基于輪地相互作用分析建立面向輪式移動機器人移動控制物理模型的研究。傳統(tǒng)用來分析輪地相互作用的力學積分模型過于復雜,且模型中存在很多動態(tài)、未知參數(shù),難于直接用于機器人的控制器設計。本文通過實驗的方法確定原有輪地作用力學積分模型中對機器人移動性能影響比較靈敏的參數(shù),將原有輪地作用力學積分模型簡

3、化為適用于機器人控制器設計的解析模型,通過實驗驗證簡化解析模型的合理性,最后通過牛頓-歐拉系統(tǒng)建模方法,將輪地作用簡化解析模型引入松軟地形上輪式機器人的系統(tǒng)運動學、動力學模型中,得到松軟地形上面向控制的移動機器人系統(tǒng)動力學和運動學模型。
　　考慮因輪地相互作用而產(chǎn)生“縱向滑轉”和“側向滑移”時的輪式移動機器人軌跡跟蹤控制問題研究。輪式移動機器人在松軟地形上移動時,會因輪地相互作用而產(chǎn)生“縱向滑轉”和“側向滑移”現(xiàn)象。本文從輪地相互

4、作用的深層機理分析了傳統(tǒng)基于“純滾動無滑動”(不考慮“縱向滑轉”和“側向滑移”)的假設設計移動機器人跟蹤控制器難以保證“縱向滑轉”和“側向滑移”出現(xiàn)時控制器的有效性原因。基于考慮輪地相互作用建模的機器人系統(tǒng)動力學和運動學模型,通過滑?？刂啤⒎囱菘刂频确蔷€性控制思想,致力于設計適用于松軟地形下移動機器人軌跡跟蹤并且具有良好穩(wěn)定性、魯棒性和抗干擾能力的跟蹤控制器,從而為外星探測、野外作業(yè)、極地考察的移動機器人提供切實可行的控制策略。