非完整轮式移动机器人的轨迹跟踪滑模控制

2012年03月07日09:55:34 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

关键字：应用

常　江，孟庆鑫
哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨　

佳木斯大学机械工程学院，黑龙江佳木斯

摘　　　要：由于轮式移动机器人的非完整性质和运动受限性质，它的轨迹跟踪已经成为一类具有挑战性的控制问题。针对一个可以在医院环境中执行护理任务的室内移动机器人护士助手机器人，提出一种轮式移动机器人的轨迹跟踪滑模控制方法。由移动机器人在极坐标系中的运动学方程出发设计一个滑模控制器，进而提出了一种新的滑模控制方法，解决了在极坐标系中关于运动学的跟踪问题。分析了此方法的稳定性和执行性能，并且通过仿真证明这个控制方法的实际应用的有效性。

关　键　词：轮式移动机器人；非完整；滑模控制；轨迹跟踪

１　引　言
轮式移动机器人（ＷｈｅｅｌｅｄＭｏｂｉｌｅＲｏｂｏｔ，ＷＭＲ）具有广泛的实际应用背景，对它的跟踪控制已经进行了大量的研究［１］。由于轮式移动机器人运动受限性质，它只能做纯滚无滑运动，此即非完整约束。特别地，线性化的移动机器人模型存在不可控性因而不能用线性控制方法［２］。这样，对这类系统的非线性控制就显得十分重要。另外，由于实际的移动机器人具有不确定性，文献［３４］和文献［５］分别研究了应用自适应控制和滑模控制解决此问题。尽管使用极坐标系能容易地表示出移动机器人相对于目标轨迹的位置和方向，但由于应用于轨迹控制的移动机器人的运动学方程在极坐标系［４７］的表现形式中可能存在奇异点，所以更多地是采用笛卡尔坐标系［３，８］的表现形式。本文针对一个可以在医院环境中执行护理任务的室内移动机器人护士助手机器人，基于极坐标系中的运动学方程表达式，提出了一种新的非完整轮式移动机器人轨迹跟踪控制的滑模控制方法。由于运动中非完整约束的存在，选择滑动表面是非常关键的，因为要考虑仅用两个控制输入来减小三个跟踪误差；再有就是用极坐标系进行滑动表面的选择以使得滑模控制器可以对外部扰动进行补偿。文中分析了整个控制系统的稳定性和执行性，并且通过仿真证明了所提出的方法的有效性，即使在存在初始的角度误差和位置变量误差的情况下，也能得到较好的跟踪效果。

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