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1、ISSN100020054清华大学学报(自然科学版)2007年第47卷第S2期38ö50CN1122223öNJTsinghuaUniv(Sci&Tech),2007,Vol.47,No.S2188421889非完整约束下的轮式移动机器人轨迹跟踪1,2,3111刘 磊, 向 平, 王永骥, 俞 辉(1.华中科技大学控制科学与工程系,武汉430074;2.智能与复杂系统实验室,武汉430074;3.“图像信息处理与智能控制”教育部重点实验室,武汉430074)摘 要:研究轮式移动机器人运动控制中非完整约束系统的轨
2、迹跟踪性能。从非完整约束定义入手,通过非完整约束系统的判据和特点,推导几类典型的轮式移动机器人的运动学模型。通过一类控制Lyapunov函数来构造系统的控制器。利用MatlaböSimulink建立了非完整约束下的二轮和三轮机器人运动学模型,设计控制器实现机器人对圆形轨迹的跟踪。仿真结果显示:该控制器轨迹跟踪性能为稳态。通过轨迹曲线得到2种机器人的运动特点和相互关系。关键词:轮式移动机器人;运动学模型;非完整约束;轨迹跟踪;控制Lyapunov函数中图分类号:TP242文献标识码:A文章编号:100020054
3、(2007)S221884206Trajectorytrackingofanonholonomicwheeledmobilerobot1,2,3111LIULei,XIANGPing,WANGYongji,YUHui(1.HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China;2.IntelligentandComplexSystemLaboratory,Wuhan430074,China;3.KeyLaboratoryofImageProcessi
4、ngandIntelligentControlMinistryofEducation,Wuhan430074,China)Abstract:Amodelwasdevelopedtodescribeanonholonomicsystemtrajectoryofawheeledmobilerobot.Kinematicmodelsweredevelopedforseveraltypicalrobotsfromthedefinitionofthenonholonomicconstraintandthesystemch
5、aracteristics.ThesystemcontrollerdesignwasbasedonacontrolLyapunovfunction(CLF).ThekinematicsmodelsfortwoandthreewheelrobotswiththenonholonomicconstraintweredevelopedinMatlaböSimulink.Simulationsofarobotcontrollerdesignedtotrackacircularpathshowthatthetraject
6、orytrackingcontrollerisverysteady.Thecharacteristicsofbothkindsofrobotsarerepresentedbytrajectorypathcurves.Keywords:wheeledmobilerobot’s(WMR);kinematicmodel;nonhonlonomicconstraints;trajectorytracking;controlLyapunovfunction 智能机器人系统是一类典型的多输入多输出控1 非完整约束系统制系
7、统,对移动机器人运动学模型的研究是控制机“非完整”(nonholonomic)起源于近代分析力器人运动轨迹的基础,而轨迹跟踪研究则是机器人学,最早出现于德国学者Hertz.H的著作“Die运动学研究的热点和难点。本文从非完整约束定义入手,阐述了非完整系收稿日期:2007204212统的判据和特性,并针对非完整约束条件下的轮式基金项目:国家自然科学基金资助项目(60274020);移动机器人这类典型的非线性系统,通过对其运动国家自然科学基金国际合作项目(60340420431);学规律的推导,分析了在理想环境下轮
8、式移动机器华中科技大学国防科技基金资助课题人(wheeledmobilerobots,WMR)轨迹跟踪的一般作者简介:刘磊(1981—),男(汉),湖北,博士研究生。方法通讯联系人:王永骥,教授,E2mail:wangyjch@mail.hust.edu.cn,并通过仿真证明该方法的正确性。刘 磊,等: 非完整约束下的轮式移动机器人轨迹跟踪1885PrinzipenderMechani
