非完整约束移动机器人运动控制研究
发布时间：2021-03-30 22:30
随着人类对未知领域的探索活动日益频繁,非完整约束移动机器人发挥着越来越大的作用。但由于机器人很多参数存在不确定性,而且在运动过程中,会受到外界环境施加的各种干扰,所以机器人的轨迹跟踪控制会遇到各种各样的困难。本文以一种非完整约束移动机器人为研究对象,探索不确定环境下的轨迹跟踪问题,主要内容如下:根据轮-地剪切作用机理建立了电机扭矩与非完整约束移动机器人运动加速度之间的关系,并且考虑了滚动阻碍系数及地面转向阻碍力矩外加各种未知的干扰,建立了移动机器人的非完整约束动力学模型。针对带有不确定干扰的非完整约束移动机器人动力学模型,建立了鲁棒H-infinite控制器,得到了满足跟踪误差系统稳定性关系的Riccati方程。然后基于Lyapunov方法获得了系统的稳定性条件,并使系统满足一定的性能指标。仿真结果验证了位移跟踪误差和速度跟踪误差都满足指定的性能指标,设计方法有效。在此基础上,考虑了外界干扰的变化率并利用其二阶导数设计了观测器;并根据非脆弱控制方法设计了一种新颖的具有增益自动调节功能的控制器。运用Lyapunov方法验证了跟踪误差系统的稳定性,使跟踪误差收敛到原点的一个小邻域。建立了跟...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轮式移动机器人Fig.1.1Wheelmobilerobot
1第1章绪论1.1研究的背景和意义人类对未知领域的探索活动日益频繁，从深海到外太空，到处都留下了人造仪器探索的痕迹。而在野外恶劣环境中，有很多情况是不适合人类直接开展活动的，比如有的环境有有害气体，有的环境压强过大等等。在这种情况下移动机器人的作用就显现了出来，移动机器人是人类手脚的延伸，它可以完成侦查，搜救，监测，导引等很多人类无法直接完成的任务，还可以完成运输货物，清扫，问询指引等任务，为人类减轻工作负担。移动机器人是一个复杂的综合体，涵盖了计算机、自动化、电子信息等许多学科。是当今发展非常活跃的研究领域。机器人的出现体现了人类从古至今对开拓进娶对梦想的不懈追求。追溯古代，各个国家各个地域的人们创造了各种各样的自动化设备(初级机器人)，如中国诸葛亮制造的木牛流马、欧洲达芬奇留下手稿的自动滑翔飞机等，无不体现着人类的智慧。着眼当下，从巨大的港口无人自动龙门吊到微小的生物机器人正在各个领域发挥着不可替代的作用，人类改造世界的能力得到了巨大地发挥。机器人反过来也极大地推动了全球经济的迅速发展。移动机器人的种类特别多。按机器人的工作地点区分，有太空机器人，空中机器人，陆地机器人，海洋机器人。不同工作地点的机器人有不同的行走机构，陆地机器人按行走机构区分，有轮式，腿式，履带式，轮腿结合式等等。腿式行走机构自由度高，但机械结构复杂，不利于大规模生产和维修。履带式机构地形适应性好，但效率低，非常耗能。轮子是移动机器人中使用最广泛的行走机构，运动效率高，机构不复杂，便于大规模生产和维修。图1.1轮式移动机器人图1.2轮腿结合式移动机器人Fig.1.1WheelmobilerobotFig.1.2Wheel-legcombinedmobilerobot
2图1.3腿式移动机器人图1.4履带式移动机器人Fig.1.3LegmobilerobotFig.1.4Crawlermobilerobot轮式陆地机器人可分为完整约束和非完整约束两类。完整约束就是可以通过积分将对机器人运动速度的约束转化为机器人位置约束，即机器人可以在不改变姿态角的情况下向任意方向运动，而非完整约束就是不能通过积分将速度约束转化为位置约束，即非完整约束机器人在不改变姿态角的情况下不能侧向移动。完整约束机器人是安装了全向轮，轮子上布满了小滚子，运动方向特别灵活，特别适用于室内等狭小空间承担工作任务。非完整约束机器人的轮子就是普通的轮子。有的轮轴上安装有转向机构，通过调整轮子与机器人本体的角度实现机器人转向。有的轮轴上没有转向机构，通过调节两侧轮子的转速实现转向，这类机器人也叫差速转向机器人、滑动转向机器人。这类机器人需满足以下非完整约束方程：图1.5非完整约束示意图Fig.1.5Nonholonomicconstraintschematicdiagram从图1.5中可以看出，非完整约束是对机器人运动方向的约束，即非完整约束机器人行进时，在任一瞬间，机器人质心沿本体坐标系Y轴向的速度为0。即机器人非完整约束方程如下：VxsinVycos（1.1）
【参考文献】：
期刊论文
[1]电液伺服型并联式加注机器人运动轨迹跟踪控制[J]. 赵纯,于存贵,何庆,徐强,姚建勇. 宇航学报. 2019(05)
[2]具有H∞性能的轮式移动机器人非线性控制器设计[J]. 顾万里,王萍,胡云峰,蔡硕,陈虹. 吉林大学学报(工学版). 2018(06)
[3]不确定机器人自适应鲁棒迭代学习控制研究[J]. 王泰华,贾玉婷. 软件导刊. 2018(03)
[4]改进RBF鲁棒控制的机器人轨迹跟踪[J]. 雷宇欣,白文峰. 科技创新与应用. 2017(31)
[5]基于DRNN网络的轮式机器人鲁棒H∞控制[J]. 彭金柱,卞英楠,周树亮. 郑州大学学报(工学版). 2018(04)
[6]Tracking Control for a Cushion Robot Based on Fuzzy Path Planning With Safe Angular Velocity[J]. Ping Sun,Zhuang Yu. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2017(04)
[7]基于H∞滑模控制的移动机器人轨迹跟踪研究[J]. 邹左明,刘丛志. 机床与液压. 2017(11)
博士论文
[1]非完整轮式移动机器人鲁棒轨迹跟踪控制研究[D]. 郭一军.浙江工业大学 2019
[2]水下机器人建模与鲁棒控制研究[D]. 杨睿.中国海洋大学 2015
[3]非线性系统控制的鲁棒与自适应设计方法[D]. 柳向斌.浙江大学 2009
[4]船舶及潜艇操纵中的鲁棒控制研究[D]. 王先洲.华中科技大学 2006
[5]不确定性机器人轨迹跟踪鲁棒控制方法研究[D]. 王洪斌.燕山大学 2006
硕士论文
[1]具有不确定干扰的轮式移动机器人跟踪控制[D]. 刘佳斌.沈阳工业大学 2019
[2]非完整轮式移动机器人轨迹跟踪控制研究[D]. 谢咚咚.长春工业大学 2019
[3]坐垫服务机器人跟踪控制方法研究[D]. 张建依辰.沈阳工业大学 2018
[4]非完整约束移动机器人的智能跟踪控制方法研究[D]. 卞英楠.郑州大学 2017
[5]基于解耦和H∞鲁棒的非完整移动机器人轨迹跟踪控制研究[D]. 姜玉乾.南京航空航天大学 2005
[6]基于LMI移动机器人鲁棒控制研究[D]. 姜勇.沈阳工业大学 2004
[7]基于LMI的移动机器人鲁棒控制研究[D]. 赵平.沈阳工业大学 2003
本文编号：3110269
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轮式移动机器人Fig.1.1Wheelmobilerobot
1第1章绪论1.1研究的背景和意义人类对未知领域的探索活动日益频繁，从深海到外太空，到处都留下了人造仪器探索的痕迹。而在野外恶劣环境中，有很多情况是不适合人类直接开展活动的，比如有的环境有有害气体，有的环境压强过大等等。在这种情况下移动机器人的作用就显现了出来，移动机器人是人类手脚的延伸，它可以完成侦查，搜救，监测，导引等很多人类无法直接完成的任务，还可以完成运输货物，清扫，问询指引等任务，为人类减轻工作负担。移动机器人是一个复杂的综合体，涵盖了计算机、自动化、电子信息等许多学科。是当今发展非常活跃的研究领域。机器人的出现体现了人类从古至今对开拓进娶对梦想的不懈追求。追溯古代，各个国家各个地域的人们创造了各种各样的自动化设备(初级机器人)，如中国诸葛亮制造的木牛流马、欧洲达芬奇留下手稿的自动滑翔飞机等，无不体现着人类的智慧。着眼当下，从巨大的港口无人自动龙门吊到微小的生物机器人正在各个领域发挥着不可替代的作用，人类改造世界的能力得到了巨大地发挥。机器人反过来也极大地推动了全球经济的迅速发展。移动机器人的种类特别多。按机器人的工作地点区分，有太空机器人，空中机器人，陆地机器人，海洋机器人。不同工作地点的机器人有不同的行走机构，陆地机器人按行走机构区分，有轮式，腿式，履带式，轮腿结合式等等。腿式行走机构自由度高，但机械结构复杂，不利于大规模生产和维修。履带式机构地形适应性好，但效率低，非常耗能。轮子是移动机器人中使用最广泛的行走机构，运动效率高，机构不复杂，便于大规模生产和维修。图1.1轮式移动机器人图1.2轮腿结合式移动机器人Fig.1.1WheelmobilerobotFig.1.2Wheel-legcombinedmobilerobot
2图1.3腿式移动机器人图1.4履带式移动机器人Fig.1.3LegmobilerobotFig.1.4Crawlermobilerobot轮式陆地机器人可分为完整约束和非完整约束两类。完整约束就是可以通过积分将对机器人运动速度的约束转化为机器人位置约束，即机器人可以在不改变姿态角的情况下向任意方向运动，而非完整约束就是不能通过积分将速度约束转化为位置约束，即非完整约束机器人在不改变姿态角的情况下不能侧向移动。完整约束机器人是安装了全向轮，轮子上布满了小滚子，运动方向特别灵活，特别适用于室内等狭小空间承担工作任务。非完整约束机器人的轮子就是普通的轮子。有的轮轴上安装有转向机构，通过调整轮子与机器人本体的角度实现机器人转向。有的轮轴上没有转向机构，通过调节两侧轮子的转速实现转向，这类机器人也叫差速转向机器人、滑动转向机器人。这类机器人需满足以下非完整约束方程：图1.5非完整约束示意图Fig.1.5Nonholonomicconstraintschematicdiagram从图1.5中可以看出，非完整约束是对机器人运动方向的约束，即非完整约束机器人行进时，在任一瞬间，机器人质心沿本体坐标系Y轴向的速度为0。即机器人非完整约束方程如下：VxsinVycos（1.1）
【参考文献】：
期刊论文
[1]电液伺服型并联式加注机器人运动轨迹跟踪控制[J]. 赵纯,于存贵,何庆,徐强,姚建勇. 宇航学报. 2019(05)
[2]具有H∞性能的轮式移动机器人非线性控制器设计[J]. 顾万里,王萍,胡云峰,蔡硕,陈虹. 吉林大学学报(工学版). 2018(06)
[3]不确定机器人自适应鲁棒迭代学习控制研究[J]. 王泰华,贾玉婷. 软件导刊. 2018(03)
[4]改进RBF鲁棒控制的机器人轨迹跟踪[J]. 雷宇欣,白文峰. 科技创新与应用. 2017(31)
[5]基于DRNN网络的轮式机器人鲁棒H∞控制[J]. 彭金柱,卞英楠,周树亮. 郑州大学学报(工学版). 2018(04)
[6]Tracking Control for a Cushion Robot Based on Fuzzy Path Planning With Safe Angular Velocity[J]. Ping Sun,Zhuang Yu. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2017(04)
[7]基于H∞滑模控制的移动机器人轨迹跟踪研究[J]. 邹左明,刘丛志. 机床与液压. 2017(11)
博士论文
[1]非完整轮式移动机器人鲁棒轨迹跟踪控制研究[D]. 郭一军.浙江工业大学 2019
[2]水下机器人建模与鲁棒控制研究[D]. 杨睿.中国海洋大学 2015
[3]非线性系统控制的鲁棒与自适应设计方法[D]. 柳向斌.浙江大学 2009
[4]船舶及潜艇操纵中的鲁棒控制研究[D]. 王先洲.华中科技大学 2006
[5]不确定性机器人轨迹跟踪鲁棒控制方法研究[D]. 王洪斌.燕山大学 2006
硕士论文
[1]具有不确定干扰的轮式移动机器人跟踪控制[D]. 刘佳斌.沈阳工业大学 2019
[2]非完整轮式移动机器人轨迹跟踪控制研究[D]. 谢咚咚.长春工业大学 2019
[3]坐垫服务机器人跟踪控制方法研究[D]. 张建依辰.沈阳工业大学 2018
[4]非完整约束移动机器人的智能跟踪控制方法研究[D]. 卞英楠.郑州大学 2017
[5]基于解耦和H∞鲁棒的非完整移动机器人轨迹跟踪控制研究[D]. 姜玉乾.南京航空航天大学 2005
[6]基于LMI移动机器人鲁棒控制研究[D]. 姜勇.沈阳工业大学 2004
[7]基于LMI的移动机器人鲁棒控制研究[D]. 赵平.沈阳工业大学 2003
本文编号：3110269
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