基于三層結(jié)構(gòu)仿人智能的兩輪輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制.pdf

1、兩輪輪式機(jī)器人是通過(guò)兩個(gè)主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和工作的。它具有一系列的優(yōu)秀特性：自重輕、承載大、行走速度快、工作效率高等。因?yàn)橛羞@些突出的優(yōu)點(diǎn)，兩輪輪式機(jī)器人被廣泛應(yīng)用。
　　兩輪差動(dòng)輪式機(jī)器人由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，使得其任意時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)方向都只能和機(jī)器人的朝向相同，這就構(gòu)成了一個(gè)非完整約束系統(tǒng)。非完整約束系統(tǒng)不存在連續(xù)時(shí)不變狀態(tài)反饋控制律，這一點(diǎn)加大了實(shí)現(xiàn)兩輪輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的難度。另外，機(jī)器人內(nèi)部存在包括飽和非線性、滯后在內(nèi)的多種

2、非線性特性，存在較高的不確定性。兩輪輪式機(jī)器人屬于多輸入多輸出系統(tǒng)，需要對(duì)兩輪驅(qū)動(dòng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。所以，兩輪輪式機(jī)器人的研究具有很強(qiáng)的理論研究意義。
　　兩輪輪式機(jī)器人的點(diǎn)鎮(zhèn)定問(wèn)題是兩輪輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的基本問(wèn)題，本文針對(duì)兩輪輪式機(jī)器人的點(diǎn)鎮(zhèn)定及其優(yōu)化控制問(wèn)題展開(kāi)研究，主要完成了以下工作：
　?、僭O(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的三層結(jié)構(gòu)仿人智能控制器。該控制器由多模態(tài)仿人智能決策層，多電機(jī)電流幅值協(xié)調(diào)層，電流可調(diào)輪速跟蹤控制執(zhí)行層三層構(gòu)成。

3、上層的多模態(tài)仿人智能決策層針對(duì)機(jī)器人存在的運(yùn)動(dòng)學(xué)非完整約束，根據(jù)與點(diǎn)鎮(zhèn)定目標(biāo)的角度偏差和距離偏差大小，得到期望的兩個(gè)動(dòng)力輪的輪速；中層的多電機(jī)電流幅值協(xié)調(diào)層針對(duì)兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)決策層給出的期望輪速結(jié)合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性調(diào)整各個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電流，協(xié)調(diào)兩輪的運(yùn)動(dòng)；底層的電流可調(diào)輪速跟蹤控制執(zhí)行層根據(jù)上層要求的期望輪速和各電機(jī)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)電流大小，實(shí)現(xiàn)兩輪輪速的有效控制。
　?、谠O(shè)計(jì)了一種引入電機(jī)輸出電流上限調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的控制器

4、，實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能控制。在分析了直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)上,提出了調(diào)整電流環(huán)反饋系數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電樞電流的輸出控制的控制方法，使電機(jī)系統(tǒng)按照給定的電流特性進(jìn)行相關(guān)控制。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了該控制器，搭建了單電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)平臺(tái)，并進(jìn)行了仿真和實(shí)際系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。為三層結(jié)構(gòu)仿人智能控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。
　　③搭建了兩輪輪式機(jī)器人仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證了所提出的三層結(jié)構(gòu)仿人智能控制器的有效性。比較了三層結(jié)構(gòu)仿人智能點(diǎn)鎮(zhèn)定控