四轮独立驱动移动机器人的转向控制研究与设计

发布时间：2020-01-27 09:40

【摘要】：为提高四轮驱动转向机器人在高速运行下转向的稳定性以及低速运行下转向的灵活性,研究了四轮驱动转向机器人的转向控制。首先,建立了机器人3自由度转向动力学模型,通过分析模型的运动学方程和动力学方程,确定了四轮转速和横摆角速度具有理想输出响应的控制目标。然后,设计了模糊控制系统用于控制四轮转速和横摆力矩。最后,搭建四轮驱动机器人系统,并进行试验验证。试验结果表明:所设计的系统可有效改善四轮独立驱动转向机器人高速运行下转向的稳定性以及低速运行下转向的灵活性系统具有较强的鲁棒性。
【图文】：

模型图,模型,机器人,转向稳定性

YawMomentControl,，会使得机器人的转向稳定性变差人的稳定性，但是导致了高速运行下的转向负担文献[9,10]的控制算法都需要建立精确的数但是对于一个较为复杂的非线性统是比较困难的。并且四轮转向技术也是汽车研究与应用的但是大多汽车四轮转向运用的是传统的参数要经过大量的实验来整定FuzzyPID鲁棒性和快速性。FWD性控制问题。首先，本文建立了通过分析模型的运动学方程和动力学方程。然后，提出了控制四轮转速和横摆力矩的模糊控制策略，并设计了对应的模糊控制系统搭建四轮驱动移动机器人模型图1FWD运动学和动力学模型kinematicanddynamic号过多，使系统变得复杂提出在转向时单独控制四轮转速，文献[7]提出了单独控制转矩使得机器人的平稳性变差；文献[8]会使得机器人的转向稳定性变差但是导致了高速运行下的转向负担对参数的精度提出很高的要求。本文在传统控制策略机器人转向的稳定性和灵活本文建立了3提出了控制四轮转速和横摆力矩并设计了对应的模糊控制系统modelofFWD使系统变得复杂；文献，使得机器人自由]提出了直接横摆简称DYM可以有效控制车辆的不足转向和过度转向，但在高会使得机器人的转向稳定性变差；研究了质心侧偏角为零的比例控制，提高了机器HFWDPID本文在传统PID控制策略，增强了系统的自由度转向动力搭建四轮驱动移动机器人模型，并进行试验转向运动学和动力学模型，如图1所示控制工程文献[6]使得机器人自由提出了单独控制转矩，MC），但在高；文献提高了机器但是导致了高速运行下的转向负担；优系，的参数要经过大量的实验来整定，会的增强了系统的通过分析模型的运动学方程和动力学方程，并设计了对应的模糊控制

结构图,横摆力矩,模糊控制系统,车轮

标原点与汽车质心重合由图1横向运动方程纵向运动方程横摆运动方程cos+sincosyflflxflflyrlrlxrlrlyfrfrxfrfryrrrrxrrrraFFbFFaFFbFFJ式中，J为车体转动惯量别为车体重心距前后轮轴线的距离为横摆角；别为前左、,,,yflyfryrlyrrFFFF轮上的横向力3控制策略分析根据控制目标力矩控制的模糊控制策略和横摆角速度为被控制量为控制量。将被控制量的实际值与理想模型输出的期望值相比较，所得偏差输入到模糊控制模块理计算得出维持车辆稳定所需的横摆力矩和四轮转速。FWD图2Fig.2Systemdiagramof分析可得：横向运动方程：sincossincossincossincossinyflflxflflyfrfrxfrfryrlrlxrlrlyrrrrxrrrrFFFFFFFFmv纵向运动方程：cossincossincossincossincosyflflxflflyfrfrxfrfryrlrlxrlrlyrrrrxrrrrFFFFFFFFmv横摆运动方程：sincossinsincos；r为横摆角速度、前右、后左分别为前左轮上的横向力。根据控制目标，本文采用四轮差速转向和横摆。所得偏差输入到模糊控制模块系统的结构图车轮转速与横摆力矩模糊控制系统图王龙等：驶过程中汽车垂直平动、俯仰和侧倾运动：为车体转动惯量；m为车体的质量为横摆角速度。FFFF后左、后右车轮上的纵向力分别为前左、前右本文采用四轮差速转向和横摆力矩控制的模糊控制策略。控制思路为以四轮转速和横摆角速度为被控制量，以横摆力矩和四轮转速系统的结构图，如图2所示thewheelspeedandyawmoment：四轮独立驱动移动机器人的转向控制研究与设计当分析四轮驱动车辆转向特性时，忽略车辆行俯仰和侧倾运动，固定车辆的运动坐标原点

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