基于旋量理论的移动机器人建模与控制

2012年04月10日13:21:03 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

关键字：应用

王红旗，王庆林
北京理工大学自动化学院，北京

河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作

摘　　　要：为了解决移动机器人由于系统中存在不可积运动约束，不能直接应用旋量理论建模的问题，通过构造虚拟连杆首先把移动机器人转化成等价的固定基单自由度关节的开链机器人，然后基于运动旋量理论建立了移动机器人的运动模型，为移动机器人系统建模提供了一个简洁的新途径。基于所建立的移动机器人运动模型，设计了一个稳定的输出跟踪控制器。在Ｍａｔｌａｂ下对移动机器人的建模和控制进行了仿真，验证了所提出的建模方法的可行性。

关　键　词：移动机器人；旋量理论；虚拟连杆；跟踪控制

１　引　言
近年来，受非完整约束移动机器人的控制得到了广泛的研究。文献［１］提出了一种三轮移动机器人运动和动力学建模方法，并讨论了系统控制器的设计问题。文献［２］分析了各种移动机器人运动和动态模型的结构特性和分类，为移动机器人提供了一种通用的建模方法，此后关于移动机器人控制的文献几乎都采用了这种模型。在过去几十年里，人们充分地研究了固定基开链机器人的系统化建模方法，如牛顿欧拉法、基于ＤＨ连杆坐标系的拉格朗日法等，但是这些建模方法只适用于每个关节只有一个自由度的固定基开链机器人，对于移动机器人这种非固定基和多自由度关节的系统这些建模方法并不适用。本文提出了一种新的移动机器人建模方法。通过构造虚拟连杆［３］，首先把移动机器人转化为等价的固定基单自由度关节的开链机器人，然后基于运动旋量理论建立移动机器人的运动模型，为移动机器人等非固定基多自由度关节刚体系统的建模提供了一种新途径。

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