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多轮独立驱动轮式移动机器人驱动控制研究

作　者: 费晓曦
导　师: 安向京
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 独立驱动轮式移动机器人 牵引力控制 动力学控制 星形轮式移动机器人 运动控制器
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着轮边驱动系统、计算机技术和控制理论的发展和成熟,独立驱动轮式移动机器人正逐步向着高效、多功能方向发展,并逐步开始在军用领域和民用领域得到大量的应用。由于轮边驱动系统的诞生而带来的轮式移动机器人内部结构的变化和受控性的改变,在科研领域有着重要的意义。本文以四轮和八轮独立驱动轮式移动机器人为例,在对其车轮和车体进行受力分析的基础上,重点对牵引力控制方法和动力学控制方法展开了研究,目的是对多轮独立驱动轮式移动机器人的驱动控制方法进行研究,研究的内容主要包括如下方面:研究了3自由度车体动力学模型和车轮动力学模型。针对独立驱动轮式移动机器人每只车轮可以独立受控,且可以精确控制转矩和转速的特点,分析了车轮和路面之间切向力及横向力的传递特性,引入了滑移率和摩擦系数的概念来表征车轮驱动或制动时车轮和路面之间力的传递情况;在对四轮独立驱动轮式移动机器人进行受力分析的基础上,建立了3自由度车体动力学模型。研究了基于车轮转矩分配的动力学稳定性控制算法。通过监控机器人每只车轮的滑转情况,调整车轮输出力矩,分配车轮的纵向力和横向力的分布及幅度,产生横摆力矩,使车辆保持一定的动力学特性,保持行驶的稳定性。研究了驱动防滑控制方法。研究了基于最优滑移率和模型跟踪的控制算法的基本原理,建立1/4机器人模型,分别利用两种控制算法对多轮驱动轮式移动机器人进行牵引力控制,进行了仿真实验,比较了两种算法的性能。星形轮式移动机器人的设计与实现。设计并实现了一种直接电传动电驱动星形轮式移动机器人。该星形轮式机器人是一种独特的独立电驱动,独立电传动的机器人。完成了该星形轮式机器人的机械结构设计及工程实施,对应的实现结构已经申请了两项专利。完成了该机器人的轮组控制器的设计与实现,并且初步实现了该移动机器人的运动控制。

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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