四驅輪式移動機器人建模與運動控制研究.pdf

1、隨著科學技術的發(fā)展，輪式移動機器人越來越廣泛地被用到工業(yè)制造、醫(yī)療服務、野外作業(yè)、空間探索等領域。
　　四輪滑動轉向輪式移動機器人由于其結構簡單、經濟性和適用性強等優(yōu)點而得到了廣泛關注和研究。由于機械結構原因，該類機器人依靠四個車輪差速和滑動進行轉向，實際上因為環(huán)境等因素，車輪運動過程中不可避免地會出現(xiàn)打滑的情況，而對系統(tǒng)性能造成影響，因此對于車輪打滑/不打滑狀態(tài)以及車輪所受摩擦力的分析研究具有重要意義。另外四驅輪式移動機器人與其

2、他類型機器人由于在結構、動力等方面的差異，導致運動學、動力學建模及運動控制均有諸多差異。
　　首先，本文基于一個四輪獨立驅動工業(yè)巡檢機器人進行了適當改造，搭建了實驗平臺。基于該10自由度機器人建立了完整的三維運動學、三維動力學模型，并進行了相應的參數(shù)辨識。在動力學建模中，考慮四個車輪縱向/側向的打滑/不打滑的狀態(tài)，對于系統(tǒng)的多種狀態(tài)，分別通過牛頓力學方程和拉格朗日方程進行了完整的建模。前者的優(yōu)點在于既可以分析運動狀態(tài)又可以分析系統(tǒng)

3、的內力情況，后者的優(yōu)點在于可以在不求解內力情況下分析車體運動狀態(tài)。
　　其次，本文在牛頓力學動力學模型基礎上，采用Matlab/Simulink仿真分析了機器人在平面運動下的直線運動和轉彎運動中，車輪打滑/不打滑情況及系統(tǒng)相應的受力狀態(tài)和運動狀態(tài)。詳細描述了系統(tǒng)參數(shù)、輸入力矩、地面摩擦力以及地面環(huán)境等因素對車體運動狀態(tài)的影響。解釋了機器人實際運動過程中抖動、打滑現(xiàn)象的原因，并提供了解決思路。在拉格朗日方程三維動力學模型的基礎上，結