非完整约束下轮式移动机器人在运动规划中的研究
详细信息 查看官网全文
摘要
控制轮式移动机器人使其跟踪任意一条轨迹在实际工业中也具有强烈的背景,由于非完整约束的存在,更使在科学研究领域赢得了很多学者的青睐,而现有的研究大多基于状态反馈,通过建立合理的误差反馈,实现稳定的闭环控制。本文以轮式移动机器人为对象,将从微分平坦理论出发,通过分析系统的动力学特性,利用动力学控制的思想,建立平坦输出与控制输入的映射关系,最终得到精确的开环控制。由于非完整约束在整个研究过程中具有非常重要的影响,因此本文首先引入接触点处几何表面参数,利用在滚动过程中无滑动和无嵌入条件推导系统所受完整约束与非完整约束,揭示非完整约束形成的本质。进而在寻求精确控制的过程中,从动力学角度揭示微分平坦理论中平坦输出的选择与准坐标选取的关系以及平坦输出与控制输入之间的物理联系。建立Gibbs-Appell方程,对质心轨道进行变换,使得系统的平坦输出与系统状态建立映射关系,并将目标轨道当做虚拟约束(即伺服约束),通过求解运动过程中约束力,从能量角度利用约束力做功与控制力做功相等的条件,建立约束力与控制输入的映射关系,构造平坦输出与控制输入的一一映射,实现系统的开环控制。进一步利用Hamilton积分量作为轨道优劣标准,通过对轨道以及时间尺度的再规划实现最优轨道控制。最终选取合适的数值仿真,验证算法的合理性。
引文