基于輪地相互作用建模的移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人技術(shù)研究成為機(jī)器人技術(shù)研究中的熱點(diǎn)問題。特種移動(dòng)機(jī)器人中,輪式移動(dòng)機(jī)器人由于移動(dòng)靈活、可靠性高、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn),在外星探測、野外作業(yè)、極地考察等科研任務(wù)中得到了廣泛應(yīng)用,但由于任務(wù)環(huán)境的特殊性,決定了輪式移動(dòng)機(jī)器人必須適應(yīng)于松軟崎嶇的地形。地形的松軟崎嶇導(dǎo)致的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的縱向滑轉(zhuǎn)和側(cè)向滑移問題,為移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人,基于輪地相互作用理論和先進(jìn)控制理論,對機(jī)器人軌跡跟蹤控制的相關(guān)問題進(jìn)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(dòng)機(jī)器人移動(dòng)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(xué)積分模型過于復(fù)雜,且模型中存在很多動(dòng)態(tài)、未知參數(shù),難于直接用于機(jī)器人的控制器設(shè)計(jì)。本文通過實(shí)驗(yàn)的方法確定原有輪地作用力學(xué)積分模型中對機(jī)器人移動(dòng)性能影響比較靈敏的參數(shù),將原有輪地作用力學(xué)積分模型簡

3、化為適用于機(jī)器人控制器設(shè)計(jì)的解析模型,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jī)器人的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型中,得到松軟地形上面向控制的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。
　　考慮因輪地相互作用而產(chǎn)生“縱向滑轉(zhuǎn)”和“側(cè)向滑移”時(shí)的輪式移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟蹤控制問題研究。輪式移動(dòng)機(jī)器人在松軟地形上移動(dòng)時(shí),會(huì)因輪地相互作用而產(chǎn)生“縱向滑轉(zhuǎn)”和“側(cè)向滑移”現(xiàn)象。本文從輪地相互

4、作用的深層機(jī)理分析了傳統(tǒng)基于“純滾動(dòng)無滑動(dòng)”(不考慮“縱向滑轉(zhuǎn)”和“側(cè)向滑移”)的假設(shè)設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人跟蹤控制器難以保證“縱向滑轉(zhuǎn)”和“側(cè)向滑移”出現(xiàn)時(shí)控制器的有效性原因。基于考慮輪地相互作用建模的機(jī)器人系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,通過滑?？刂啤⒎囱菘刂频确蔷€性控制思想,致力于設(shè)計(jì)適用于松軟地形下移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人提供切實(shí)可行的控制策略。