復(fù)雜地形環(huán)境下新型輪腿復(fù)合式移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)研究.pdf

1、　　隨著我國油氣田的開發(fā)以及石化企業(yè)的大發(fā)展，迫切需要研發(fā)針對(duì)油氣田和石化企業(yè)等大空間下的化學(xué)危險(xiǎn)品的監(jiān)測(cè)和應(yīng)急救援系統(tǒng)。本文在天津市科技計(jì)劃項(xiàng)目(10ZCKFSF01400)、河北省自然基金(E2010000049)和國家863計(jì)劃(2012AA041508)支持下，針對(duì)石化行業(yè)復(fù)雜地形環(huán)境，設(shè)計(jì)了一新型輪腿復(fù)合式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)。從構(gòu)型設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)控制兩方面保證機(jī)器人具有較好的地形適應(yīng)能力，能快速、安全的到達(dá)目的地。
　　本文的

2、創(chuàng)新性工作包括：
　　1、針對(duì)復(fù)雜環(huán)境，設(shè)計(jì)了一新型輪腿復(fù)合式移動(dòng)機(jī)器人。對(duì)前后輪腿結(jié)構(gòu)參數(shù)及其越障過程姿態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，降低了能耗，提高了地形適應(yīng)能力。車體部分能根據(jù)機(jī)器人橫滾角進(jìn)行側(cè)傾調(diào)節(jié)，通過改變質(zhì)心位置，提高機(jī)器人抗傾覆能力。重心可調(diào)的輪腿相結(jié)合的構(gòu)型設(shè)計(jì)保證了機(jī)器人的穩(wěn)定性、快速性和地形通過性。
　　2、針對(duì)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制，由分層協(xié)調(diào)控制器根據(jù)滑轉(zhuǎn)率正常與否決策進(jìn)行軌跡跟蹤控制還是滑轉(zhuǎn)率控制。軌跡跟蹤控制方面，針對(duì)

3、驅(qū)動(dòng)動(dòng)力學(xué)建模中存在較多不確定項(xiàng)的情況，提出了一種積分終端滑模實(shí)現(xiàn)機(jī)器人軌跡跟蹤控制，該方法融合積分滑模和終端滑模的優(yōu)點(diǎn)，提高了控制的精度和快速跟蹤能力；同時(shí)，通過模糊規(guī)則調(diào)節(jié)切換增益大小，減小滑?？刂频亩墩瘳F(xiàn)象。滑轉(zhuǎn)率控制方面，提出一種積分滑模實(shí)現(xiàn)機(jī)器人滑轉(zhuǎn)率控制，該控制通過積分項(xiàng)提高控制精度，而且滑模過程無趨近階段，提高了系統(tǒng)的魯棒性；同時(shí)，切換增益采用自適應(yīng)調(diào)節(jié)規(guī)律，減少了抖振現(xiàn)象。
　　3、針對(duì)機(jī)器人姿態(tài)控制，利用穩(wěn)定邊

4、界法分析機(jī)器人的側(cè)翻穩(wěn)定性，根據(jù)穩(wěn)定裕量，判定機(jī)器人是否需要實(shí)施車體側(cè)傾控制，車體傾角控制的參考值由RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)側(cè)坡坡度實(shí)時(shí)獲得。提出了安全穩(wěn)定裕量的概念，當(dāng)穩(wěn)定裕量大于設(shè)定的安全穩(wěn)定裕量時(shí)，機(jī)器人不需要進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整。
　　4、前后輪腿系統(tǒng)的擺角控制中，針對(duì)模型中的非線性及干擾較大的情況，提出了反演積分終端滑模控制，在反演的最后一步引入積分終端滑模，提高了系統(tǒng)的快速性和控制精度，并通過非線性干擾前饋補(bǔ)償提高系統(tǒng)抗干擾能力。