相对于其他类型机器人而言,轮式移动机器人由于自重轻、承载大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、机动灵活、工作效率高等优点,在各种场合得到了广运应用。如果将各种传感器应用于轮式移动机器人之上,使它存在对未知复杂环境进行探索、学习、监控与自主决策等职能分析的功能,那么轮式移动机器人可以代替人类完成各种危险的任务,例如高压变电站巡检、核电站的环境监测与事故处理、军事侦察与攻击等,同时可以使人类的日常生活变得更为便利,如在市政服务、助老助残、医药搬运等场合发挥日益重要的作用。鉴于轮式移动机器人巨大的潜在应用价值,一些相关技术引起众多学者的关注。轮式机器人的研究主要可以归结为机构、动力和运动控制三个重点问题。轮式机器人根据车轮个数、车轮布置形式、转向结构等不同其自由度可以有很多变化,此外根据驱动电机的类型和数量,可以有不同的驱动方式,使得轮式移动机器人对化面环境的适应能力以及动力学特性有着很大的差异。
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第2章机器人实验平台搭建
2.1系统的硬件平台
机器人运动时依靠码盘来检测机器人的位移,此位移得知机器人运动增量在时间段上的积分,这将不可避免地产生累计误差。这种累计误差可能是移动机器人本身特性引起的,也可能是外界环境变化引起的。文献中,对该积累误差进行了分析,并将其分为了系统误差和非系统误差两大类,系统误差包括左右驱动车轮半径的差异、车轮半径平均值与标称值的差异、车轮安装位置的差异、有限的编码器精度和采样速率,其对测量值误差的积累是不变的,而非系统误差则包括运行地面的不平整、运行中经过意外物体、以及多种原因造成的车轮打滑,它对编码器误差的影响是随机变化的。在一般光滑的室内地面上运行的移动机器人,系统误差对编码器的测量精度影响较大,而在不规则的粗趟地面上,则以非系统误差对编码器的测量精度影响为主。2.2系统的软件平台
按照工作原理来分,编码器包含增量式和绝对式两类。前者是将位移转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的毎一个位置对应一个确定的数字码,它的示值只与测量的起始和终止位置有联系,而与测量的中间过程无关。本文所采用的编码器属于增量式编码器。
第3章系统运动学及动力学三维建模.....25
3.1运动学建模.......253.2动为学建模.....29
第4章动力学摸型参数辨识与仿真实验.....45
4.1系统参数辨识.....45
4.2牛顿为学方程法动力学模型仿真分析.....50
第5章四驱轮式移动机器人控制算法研究.....51
5.1基于速度差分的PID控制.....53
5.2改进的机器人控制策略的仿真及实验.....68
5.3本章小结.....72
第5章西驱推式移动机器人控制算法研究
5.1基于速度差分的PID控制
对于四驱轮式移动机器人,传统的控制策略是基于运动学的速度差分控制。假设己知车体的期望速度,通过运动学模型可以得到四个车轮的期望速度,对四个车轮分别设计控制器,使左侧车轮和右侧车轮分别具有相同的纵向速度前提下,输出相应扭矩驱动各个电机,并将四个车轮的速度信号分别反馈到各个车轮形成闭环系统。控制原理框图如图所示。
5.2改进的机器人控制策略的仿真及实验
原控制方法中,由于控制点在使同侧车轮速度相同,忽略了在车轮运动过程.,中,如果电流分配不合理,导致作用力"打架"的状况。而我们从前章动力学仿真可知,电机控制力矩不合适,导致轮胎与地面的受为情况不同,还会造成车轮不同程度的纵向和侧向打滑,从而影响车轮的运动速度以及车体的速度。针对以上问题,重新设计了控制策略,改进后的控制系统框图如图所示。该策略舍弃了原来的四个控制器分别控制四个车轮的控制方法,取而代之的是,分别统一用控制器控制左侧车轮和右侧车轮,以同侧车轮的最小速度作为反馈信号
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第6章总结与展望
论文的工作主要体现在以下几个方面:1、实验平台的搭建本文主要基于工业应用的巡检机器人为实验平台,对机器人进行建模、实验。通过对系统硬件选型及软件平台的介绍,阐述了课题的实验条件。2、运动学、动为学摸型的建立本文通过基点法对移动机器人进行了王维运动学分析,而后通过对系统分别使用牛顿力学方程法和拉格朗日方程法建立了动为学模型。采用了基于实验平台的物理测量方法和时频域辨识的方法获得了模型中的各参数。通过Matle对平面牛顿动力学摸型进行了仿真,仿真分析了车轮打滑与不打滑状态,描述了系统参数、输入力矩、地面摩擦力以及地面环境对运动状态的影响,解释了实脉中车子的打滑、抖动、漂移等现象的原理。基于Dugoff摩擦力横型建立了打滑状态下的拉格朗日动力学模型并进行了仿真分析。
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参考文献（略）
