四轮全方位移动机器人的建模和最优控制

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第23卷第1期控制理论与应用VO1．23NO．12006年2月ControlTheory&ApplicationsFeb．2006文章编号：1000—8152(2006)Ol一0093—06四轮全方位移动机器人的建模和最优控制熊蓉，张翮，褚健，何臻峰，吴永海(1．浙江大学工业控制技术国家重点实验室，浙江杭州310027；2．浙江大学计算机学院，浙江杭州3100273．浙江大学机械与能源学院，浙江杭州310027)摘要：本文研究实时动态环境中四轮全方位移动机器人的运动控制和轨迹规划．通过对机器人运动学和动力学特性的分析，给出了四轮全方

2、位移动机器人的控制模型，并根据方程特性对其进行了合理的简化，使得计算量有效减少．同时采用Bang—Bang控制规划出时问最优的机器人运动轨迹．通过轨迹规划和控制模型的结合达到了实时控制的效果．实验证明了模型的正确性和算法的有效性．关键词：全方位移动机器人；运动控制；轨迹规划中图分类号：TP24文献标识码：AModelingandoptimalcontrolofomni-directionalmobilerobotsX10NGRong，ZHANGHe，CHUJian，HEZhen—feng，WUYong-hai(1．NationalLaboratoryofIndustrialCon

3、trolTechnology，ZhejiangUniversity，HangzhouZh~iang310027，China；2，CollegeofComputerScience，ZhejiangUniversity，HangzhouZhejiang310027，China3．CollegeofMechanicalandEnergyEngineering。Zh~iangUniversity，HangzhouZh~iang310027，China)Abstract：Thispaperfocusesonthemotioncontrolandpathplanningofanomni—di

4、rectionalmobilerobotByanalyzingthekinematicanddynamiccharactefisticsoftherobot．itsmoiloncontrolmodelisprovided．Themodelisrationallysimplifiedbasedonthemodelequationtoreducethecomputationcost．TheoptimaltrajectoryisgeneratedbyusingBang—Bangcontro1．Thereal—timecontroleffectisrealizedbycombiningt

5、hetrajectoryplanningandcontrolmodeling．Experimentdemonstratestheeffectivenessoftheproposedmethod．Keywords：omni-directionalmobilerobot；motioncontrol；pathplanning1引言(Introduction)量；同时，利用最优控制相关理论提出了时间最优的近年来，移动机器人的应用领域和应用范围正轨迹生成算法；最后，通过在实际RoboCupFI80小逐渐拓宽，对机器人移动的快速性和机动性要求也型足球机器人比赛中的应用验证了算法的有效性和日益

6、增强．全方位移动机器人由于具有平面运动的实时性．全部三个自由度，前后、左右和白转，理论上可以在2全方位移动机器人建模(Modelingofthe任何角度以任何速度在机器人所处平面上运动，因omni—directionalmobilerobot)此其移动的快速性和机动性要优于自由度少于3个本文所述全方位移动机器人如图1所示，它采的非全方位移动机器人⋯，并能够在狭窄有限的空用4个全方位轮(如图2所示)．这种全方位轮能够间中工作．有效避免普通轮子不能侧滑带来的非完整性约束．目前，比较成熟的全方位移动机器人轨迹规划每个全方位轮由带码盘的直流无刷电机驱动，因此方法多是针对相对静态的环境3一

7、J．本文研究实时各电机的电压是机器人运动的控制量．机器人在二动态环境下四轮全方位移动机器人的运动建模和轨维平面上的位姿为状态量．迹规划算法，通过对机器人运动学和动力学模型的本节通过构建机器人的运动学模型和动力学模分析，提出了控制模型，并通过简化有效减小了计算型来建立控制量和状态量的关系方程．收稿日期：2004—06—07；收修改稿日期：2005—06—13基金项目：国家自然科学基金资助项目(60305010)．维普资讯http://www.cqvip.com94控制理论与应用第2