四輪差動(dòng)全方位移動(dòng)機(jī)器人路徑跟隨技術(shù)研究.pdf

1、輪式移動(dòng)機(jī)器人(Wheeled Mobile Robot，WMR)以其靈活的使用方式、高效的移動(dòng)性能被應(yīng)用到越來越多的場(chǎng)合，然而具備全方位移動(dòng)功能的輪式移動(dòng)機(jī)器人卻因其結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜或不能達(dá)到良好的運(yùn)動(dòng)性能而在使用上受到了制約。文中針對(duì)一種新型的全方位移動(dòng)機(jī)器人作了相應(yīng)的研究，主要側(cè)重于路徑跟隨控制相關(guān)技術(shù)。這一機(jī)器人稱為四輪差動(dòng)全方位移動(dòng)機(jī)器人(4-wheel differentialomnidirectional mobile rob

2、ot)，簡(jiǎn)稱4-wheel differential robot(4WDR)。
　　 首先，介紹了WMR常見的驅(qū)動(dòng)方式及優(yōu)缺點(diǎn)，與由兩個(gè)差動(dòng)單元組成的4WDR進(jìn)行了簡(jiǎn)單對(duì)比；并隨后介紹了4WDR的結(jié)構(gòu)，建立了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，為后續(xù)的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 其次，研究了機(jī)器人的路徑跟隨策略，提出雙參考點(diǎn)路徑跟隨方式，并給出了該方式下路徑規(guī)劃所應(yīng)滿足的必要性條件；同時(shí)采用幾何方式結(jié)合人工駕駛思想研究了機(jī)器人的臨時(shí)路徑生成

3、方法，用以解決機(jī)器人初始偏差過大導(dǎo)致輸出過大的問題。
　　 再次，設(shè)計(jì)了機(jī)器人路徑跟隨控制系統(tǒng)，采取前后差動(dòng)單元主從控制的模式。將差動(dòng)單元角速度控制和速度控制分離，基于模糊控制技術(shù)和人工駕駛思想分別設(shè)計(jì)了模糊控制器。其中角速度控制器的輸入量為差動(dòng)單元橫向偏差和角度偏差；速度控制器的輸入量為路徑虛曲率和差動(dòng)單元的角速度，虛曲率由前方路徑和當(dāng)前路徑的彎曲程度加權(quán)合成，真實(shí)反應(yīng)了路徑狀況，角速度而非角度偏差的引入則解決了機(jī)器人在參考路

4、徑彎曲程度與位置偏差都較大的情況下機(jī)器人速度較慢的問題。
　　 最后，在MATLAB中對(duì)臨時(shí)路徑的生成進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明臨時(shí)路徑的生成方法正確、可行；同時(shí)在Simulink中建立了4WDR的路徑跟隨仿真模型，對(duì)直線、圓和正弦曲線三種最具代表性的路徑進(jìn)行了路徑跟隨仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的路徑跟隨策略及控制系統(tǒng)方案可行，且系統(tǒng)路徑適應(yīng)性強(qiáng)、超調(diào)量小、響應(yīng)速度快；為了將4WDR應(yīng)用到實(shí)踐中，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并在?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕?/p>