全局漸近穩(wěn)定的移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟蹤

劉振綱

摘 要：伴隨當(dāng)前輪式移動(dòng)機(jī)器人受到人們的廣泛關(guān)注和應(yīng)用，在機(jī)器人智能化方面的要求也逐步提高。機(jī)器人的智能化水平的高低主要是看機(jī)器人是否可以自行對(duì)運(yùn)行的姿態(tài)以及位置進(jìn)行判斷。所以在進(jìn)行機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中需要對(duì)機(jī)器人的狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確采集，并且依照狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)反饋。機(jī)器人在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的過程中需要進(jìn)一步重視末端執(zhí)行器的航跡軌跡、速度和加速度的控制和管理。在進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制的過程中主要采取模糊控制、PID控制、變結(jié)構(gòu)控制等，在此過程中變結(jié)構(gòu)控制在各種線性和非線性的系統(tǒng)當(dāng)中非常適用，具有非常好的抗干擾和自適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：全局漸近穩(wěn)定 移動(dòng)機(jī)器人 軌跡跟蹤

中圖分類號(hào)：TP24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）01（a）-00-02

1 移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟蹤概述

當(dāng)前，變電站巡檢機(jī)器人利用的主要是2D/3D激光來完成創(chuàng)建地圖以及定位導(dǎo)航等相關(guān)工作，通過激光完成觀測(cè)定位，并且讓機(jī)器人能夠依照需要進(jìn)行自主行進(jìn)。

該研究的重點(diǎn)在于雙輪差速驅(qū)動(dòng)的變電站巡檢機(jī)器人的軌跡跟蹤。首先需要進(jìn)一步研究上述移動(dòng)機(jī)器人在設(shè)計(jì)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，依照Lyapunov穩(wěn)定性理論以及反步時(shí)變狀態(tài)反饋的方法對(duì)控制律進(jìn)行研究，讓移動(dòng)機(jī)器人在軌跡跟蹤的過程中處于全局漸近穩(wěn)定的狀態(tài)。

2 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

3 非線性狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)

在進(jìn)行非完整約束的移動(dòng)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)學(xué)模型方面的軌跡跟蹤分析的過程中，主要遵循的設(shè)計(jì)控制律是u=[vw]T=u（qe，ur，k），需要控制Pc=0，另外需要保證（uc-uc）=0，k指的主要是控制參數(shù)向量。

利用積分Backstepping的手段來計(jì)算和分析復(fù)雜非線性系統(tǒng)，把這些子系統(tǒng)的狀態(tài)坐標(biāo)變化情況以及已知Lyapunov函數(shù)的虛擬控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)立，這樣可以進(jìn)一步提高修正算法的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步加強(qiáng)控制器的運(yùn)行效率。

移動(dòng)機(jī)器人在初始位姿方面是p（0）=[000]T，希望達(dá)到的軌跡初始位姿表達(dá)為pr（0）=[01π/4]T，希望達(dá)到的線速度為vr=1m/s，角度需要控制在wr=0rad/s，另外控制器的常數(shù)設(shè)定為k1=80，k2=80，k3=40。完成仿真后結(jié)果如圖1～圖4所示。

可以發(fā)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人可以完成跟蹤預(yù)期軌跡，穩(wěn)定性非常好，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

5 結(jié)語

該文依照變電站巡檢機(jī)器人在運(yùn)行過程中的實(shí)際需要，進(jìn)行了非線性狀態(tài)反饋控制器的設(shè)計(jì)來進(jìn)一步控制軌跡跟蹤的情況，保證其可以依照預(yù)期軌跡操作。在實(shí)踐的過程中，可以保證移動(dòng)機(jī)器人在軌跡跟蹤的過程中具有全局漸近穩(wěn)定的作用。仿真結(jié)果符合方法應(yīng)用的需要。

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