基于四轮独立控制的滑动转向移动机器人机动性能研究

来源 :南开大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gumozaoshi
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“更快、更灵活、更安全”是轮式移动机器人研究的目标,“漂移驾驶”有助于提升轮式移动机器人在高速运动状况下的过弯能力,达到移动机器人极限机动性能,但也存在导致机器人失控而产生安全风险。因此,研究如何在保证安全的情况下发挥机器人的极限机动性能是十分必要的。本论文提出了基于四轮独立控制漂移策略的高速轮式机器人极限运动控制研究,主要内容包括:  1)滑动转向移动机器人的漂移运动机理。基于滑动转向移动机器人结构特点与运动学关系分析了机器人系统的机动性和非完整性。基于统一轮胎模型分析了轮胎/地面摩擦力与滑移率之间的关系,找出单个轮胎进入和退出漂移状态的规律。基于课题组前期已建立的机器人平稳运动与漂移运动的统一动力学模型,分析了机器人运动状态受轮胎/地面滑移率变化所受影响,总结了机器人漂移状态进入与退出条件。  2)四轮独立驱动的主动漂移控制策略。根据漂移运动的机理,将漂移状态分为前侧漂移与后侧漂移两种漂移类型。基于机器人漂移运动一侧主导运动速度而另一侧主导漂移程度的规律,探索单轮速度控制、同侧车轮速度一致性控制、四轮独立速度组合控制等控制手段,给出了滑动转向机器人四轮独立控制的主动漂移策略。文中以给定角度/宽度弯道最小通过时间为评价指标,对各种漂移控制策略的运动效率进行了比对实验,验证了本文选取的主动漂移控制策略的优势。  3)基于主动漂移的轨迹跟踪控制方法。针对机器人漂移运动设定弯道轨迹任务,并面向任务设计了四轮独立驱动模式下的位置、速度的双环控制系统。首先基于含有前馈量的PD控制器实现了对姿态角的跟踪控制;然后分别基于矢量场定向反馈控制方法和李雅普诺夫方法设计了两种控制器进行弯道轨迹跟踪控制,并对其适用性进行了比较。  本论文在NK-Rover2高速轮式移动机器人平台上对上述方法进行了实验验证。实验结果表明通过自主特技漂移控制手段,可以实现对于轮式移动机器人高速、高机动运动的有效控制,充分发挥出移动机器人的极限机动性能。
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