各向相異性的全方位移動機器人優(yōu)化運動控制.pdf

1、本文主要研究目標為：研究出對全方位移動機器人輪系布置方式具有指導(dǎo)性價值的設(shè)計依據(jù)；提出對參數(shù)不確定性以及外干擾等具有完全自適應(yīng)性或不變性的運動控制方法；應(yīng)用多軸協(xié)調(diào)控制方法，解決由于多輪軸運動不協(xié)調(diào)帶來的機器人打滑問題；結(jié)合全方位移動機器人特有的各向相異性性能，獲得機器人避障過程的最優(yōu)路徑，從而開發(fā)出一套適合全方位移動機器人的運動控制系統(tǒng)。
　　 針對該研究目標本文主要進行以下方面的研究：
　　 1)提出機器人各向最大速

2、度與輪系布置以及輪子數(shù)量的規(guī)律；通過對全方位移動機器人各個方向運動的最大速度、最大加速度、各軸驅(qū)動力矩、運動效率的綜合建模，提出各向相異性概念。
　　 2)引入全方位移動機器人各向動力學(xué)相異性，考慮了地面環(huán)境摩擦等因素的影響，建立基于等效控制和切換控制的模糊滑模系統(tǒng)，實現(xiàn)各輪子加減速過程中的運動速度匹配，解決了全方位移動機器人的非線性擾動，有效減少了打滑現(xiàn)象。
　　 3)引入最重要的誤差量（角度誤差）作為反饋量，根據(jù)一定

3、的關(guān)系分配到各個輪子，同時引入全方位移動機器人的各向相異性作為補償因子，調(diào)整各個輪子的補償量，提出一種新的適合全方位移動機器人的姿態(tài)優(yōu)先交叉耦合控制方法。
　　 4)建立相異性函數(shù)，通過相異性函數(shù)對傳統(tǒng)人工勢場法規(guī)劃出的運動方向進行改進，以快速性、高效性、穩(wěn)定性為指標，研究適合全方位移動機器人的運動規(guī)劃方法。
　　 組織結(jié)構(gòu)
　　 全文共分六章，具體內(nèi)容對應(yīng)如下：
　　 第一章：簡述研究背景、意義、研究目

4、的，綜述全方位移動機器人平臺及相關(guān)建模方法，以及運動控制理論與方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與相關(guān)進展，通過綜述和總結(jié)，提出本文的研究目的、研究思路以及主要研究內(nèi)容。
　　 第二章：分析運動學(xué)、動力學(xué)性能前提下，研究全方位移動機器人最大速度與輪系布置的關(guān)系，總結(jié)出機器人各向最大速度與輪系布置以及輪子數(shù)量的規(guī)律，從而對機器人進行優(yōu)化設(shè)計，利用汽車動力學(xué)理論原理，對機器人打滑極限情況進行分析，推導(dǎo)出各向最大加速度以及對應(yīng)的電機力矩值，通過對機

5、器人受力情況進行分析，獲得機器人，的動力學(xué)特性，并且推導(dǎo)出機器人沿各個方向運動時消耗能的差別；通過對全方位移動機器人的最大速度、最大加速度、各軸驅(qū)動力矩、運動效率的分別建模，提出各向相異性概念。
　　 第三章：考慮摩擦力、負載等因素下，引入驅(qū)動輪、從動輪的動力學(xué)模型，建立了基于等效控制和切換控制的模糊滑模系統(tǒng)，有效地克服了全方位移動機器人模型參數(shù)不確定性以及外干擾的影響，消除了系統(tǒng)抖振；同時引入全方位移動機器人各向動力學(xué)相異性，

6、考慮了地面環(huán)境摩擦等因素的影響，通過應(yīng)用相異性與模糊滑模控制相結(jié)合的方法使得全方位移動機器人各輪子在加減速過程中實現(xiàn)運動速度匹配，特別是在機器人起動階段，使得各輪子能夠匹配地到達目標速度，從而有效地減少了打滑現(xiàn)象，提高了實際控制精度。
　　 第四章：針對機器人重心高度對加速過程中各輪子受力的影響，提出機器人在無傾覆情況下，各輪子獲得穩(wěn)定無打滑運動的最大加速度范圍；為了使機器人發(fā)揮特殊全方位移動方式的優(yōu)勢，綜合分析影響傘方位移動機

7、器人運動協(xié)調(diào)性的各種因素，通過將最重要的誤差量角度誤差作為反饋量，根據(jù)一定的關(guān)系將補償量分配到各個輪子，從而提出一種新的適合全方位移動機器人的姿態(tài)優(yōu)先交叉耦合控制方法，達到各軸協(xié)調(diào)運動的目的，保證在全方位移動方式下的精確控制。通過ADAMS-MATLAB的仿真實驗，進一步驗證了提出的交叉耦合控制方法的有效性。
　　 第五章：建立相異性函數(shù)，用于表征各向運動效果的優(yōu)劣；為適應(yīng)動態(tài)工作環(huán)境，引入障礙物與目標物相對機器人的動態(tài)參數(shù)，分

8、析機器人的安全避障區(qū)間，以及到達目標點的短路徑區(qū)間，以快速性、穩(wěn)定性、高效性為運動規(guī)劃指標，根據(jù)所建立的相異性函數(shù)，通過調(diào)整各項指標權(quán)重獲得所要求的運動效果，對傳統(tǒng)人工勢場法規(guī)劃的運動方向進行調(diào)整，提出適合全方位移動機器人的運動規(guī)劃方法。
　　 第六章：介紹了用于驗證全方位移動機器人運動控制方法的實驗平臺，包括機器人的硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，并且設(shè)計了相關(guān)實驗用于進一步驗證本論文提出的運動控制方法的效果，包括輪子層的基于各向相異性的