四驅(qū)輪式移動機(jī)器人建模與運(yùn)動控制研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，輪式移動機(jī)器人越來越廣泛地被用到工業(yè)制造、醫(yī)療服務(wù)、野外作業(yè)、空間探索等領(lǐng)域。
　　四輪滑動轉(zhuǎn)向輪式移動機(jī)器人由于其結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)性和適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛關(guān)注和研究。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)原因，該類機(jī)器人依靠四個(gè)車輪差速和滑動進(jìn)行轉(zhuǎn)向，實(shí)際上因?yàn)榄h(huán)境等因素，車輪運(yùn)動過程中不可避免地會出現(xiàn)打滑的情況，而對系統(tǒng)性能造成影響，因此對于車輪打滑/不打滑狀態(tài)以及車輪所受摩擦力的分析研究具有重要意義。另外四驅(qū)輪式移動機(jī)器人與其

2、他類型機(jī)器人由于在結(jié)構(gòu)、動力等方面的差異，導(dǎo)致運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)建模及運(yùn)動控制均有諸多差異。
　　首先，本文基于一個(gè)四輪獨(dú)立驅(qū)動工業(yè)巡檢機(jī)器人進(jìn)行了適當(dāng)改造，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺?；谠?0自由度機(jī)器人建立了完整的三維運(yùn)動學(xué)、三維動力學(xué)模型，并進(jìn)行了相應(yīng)的參數(shù)辨識。在動力學(xué)建模中，考慮四個(gè)車輪縱向/側(cè)向的打滑/不打滑的狀態(tài)，對于系統(tǒng)的多種狀態(tài)，分別通過牛頓力學(xué)方程和拉格朗日方程進(jìn)行了完整的建模。前者的優(yōu)點(diǎn)在于既可以分析運(yùn)動狀態(tài)又可以分析系統(tǒng)

3、的內(nèi)力情況，后者的優(yōu)點(diǎn)在于可以在不求解內(nèi)力情況下分析車體運(yùn)動狀態(tài)。
　　其次，本文在牛頓力學(xué)動力學(xué)模型基礎(chǔ)上，采用Matlab/Simulink仿真分析了機(jī)器人在平面運(yùn)動下的直線運(yùn)動和轉(zhuǎn)彎運(yùn)動中，車輪打滑/不打滑情況及系統(tǒng)相應(yīng)的受力狀態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)。詳細(xì)描述了系統(tǒng)參數(shù)、輸入力矩、地面摩擦力以及地面環(huán)境等因素對車體運(yùn)動狀態(tài)的影響。解釋了機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動過程中抖動、打滑現(xiàn)象的原因，并提供了解決思路。在拉格朗日方程三維動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)