两轮移动机器人运动控制系统的设计与实现ξ

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1、第uy卷第t期机器人×∂²¯quyo²qtussw年t月¤±qoussw文章编号}tssu2swwykusswlst2ssws2sxΞ两轮移动机器人运动控制系统的设计与实现黄永志o陈卫东k上海交通大学自动化研究所o上海usssvsl摘要}通过对两轮驱动机器人小车的运动模型的分析o提出一种非完整性两轮机器人小车运动控制器的设计方法q在将运动参量角速度和线速度进行解耦的基础上o引入速度控制器o通过反馈抑制了左右轮的扰动及参数差异对控制性能的影响o并且以数字信号处理器芯片×≥vusƒuwsz为控制器核心o具体实现了非完整性两轮机器人小车运动控制q实验结果证明了上述方法的有效性q关键词}移动机器人~

2、运动控制~≥°~非完整性中图分类号}×°uw文献标识码}ΔΕΣΙΓΝΑΝΔΙΜΠΛΕΜΕΝΤΑΤΙΟΝΟΦΜΟΤΙΟΝΧΟΝΤΡΟΛΛΕΡΟΦΤΩΟ2ΩΗΕΕΛΕΔΜΟΒΙΛΕΡΟΒΟΤ≠²±ª2½«¬o≤∞•¨¬2§²±ª(ΡεσεαρχηΙνστιτυτεοφΑυτοματιον,ΣηανγηαιϑιαοτονγΥνιϖερσιτψ,Σηανγηαιusssvs,Χηινα)Αβστραχτ:©·¨µ·«¨¤±¤¯¼¶¬¶²©·«¨°²·¬²±°²§¨¯²©·º²2º«¨¨¯¨§°²¥¬¯¨µ²¥²·o·«¨§¨¶¬ª±°¨·«²§²©¤±¨º±²±2«²¯²±²°¬¦°²·¬²±¦²±

3、·µ²¯¯¨µ¬¶³µ¨¶¨±·¨§¬±·«¬¶³¤³¨µq•¬·«·«¨§¨¦²∏³¯¬±ª²©·«¨®¨¼°²·¬²±¦²±·µ²¯³¤µ¤°¨·¨µ¶o¬q¨q¯¬±¨¶³¨¨§¤±§¤±ª∏¯¤µ¶³¨¨§o¤≥³¨¨§2≤²°³¨±¶¤·¨§≤²±·µ²¯¯¨µk≥≤≤l¬¶§¨¶¬ª±¨§o¤±§·«¨¨©©¨¦·²±¦²±·µ²¯³¨µ©²µ°¤±¦¨¦¤∏¶¨§¥¼·«¨∏±¦¨µ·¤¬±§¬¶·∏µ¥¤±¦¨¤±§³¤µ¤°¨·¨µ§¬©©¨µ¨±¦¨¶²©·«¨·º²º«¨¨¯¶¬¶ªµ¨¤·¯¼µ¨§∏¦¨§¥¼©¨¨§¥¤¦®q¶³¨¦¬¤¯¬ª¬·¤¯≥¬ª±¤¯°

4、µ²¦¨¶¶²µk≥°l×≥vusƒuwsz¬¶¨°³¯²¼¨§¤¶·«¨®¨µ±¨¯²©·«¨µ²¥²·°²·¬²±¦²±·µ²¯¯¨µq׫¨¨©©¨¦·¬√¨±¨¶¶²©·«¨±¨º§¨¶¬ª±¬¶·¨¶·¬©¬¨§¥¼·«¨¨¬³¨µ¬°¨±·qΚεψωορδσ:°²¥¬¯¨µ²¥²·~°²·¬²±¦²±·µ²¯~≥°~±²±2«²¯²±²°¬¦≈v 1引言(Ιντροδυχτιον)±¨¨µµ两轮移动机器人控制方案q控制方案在°¬²±¨¨µµ实践中证明是可行的o达两轮移动机器人的运动控制对于机器人的性能有很大的影响q在前人的研究中o对于移动两轮机器到相当好的控制效果q但是o在有扰动

5、的环境下k摩人的运动控制在理论上做了许多开创性的工作q研擦系数不同的地面lo或者系统进行了调整k机构上究主要集中于运动学和动力学的分析≈tou o但这样的的更换lo引起的左右轮速度的偏差将得不到补偿o算法依赖于精确的模型和完整的信息o实际应用中实际运行的效果就是即使在直线指令下o机器人也并不多见q大部分实际应用的移动机器人左右轮的会偏向一侧o并且这样的偏差会随着时间而累积q运动控制都是基于双闭环的电机控制o内环是电流本文针对两轮移动机器人在实际应用中存在的环o外环是速度环o每个电机单独控制q问题o对两轮移动机器人的运动控制提出一种新的机器人在地面的运动可归结为平面刚体运动q控制策略q在左右轮

6、双闭环电机控制的基础上o加入而其运动可分解为直线运动!旋转运动q这两种运动左右轮电机速度差的补偿o以补偿扰动和左右轮系完全靠两个驱动轮速度来实现q统模型差异的影响q同时将转角速度控制也引入控在闭环控制之前,先对线速度ϖ!角速度Ξ的信制结构中o避免了根据转角速度指令分别算出左右息进行融合,分别求出加在闭环驱动器上左右轮的轮速度进行间接的转角速度控制q期望速度.求出左右轮速度后,再对两轮的速度进行闭环控制.典型的例子如¦·¬√¨§¬¤公司研制的°¬²22两轮移动机器人小车的运动模型(ΜοτιονΞ基金项目}国家{yv计划资助项目kusstwuutwsousstwuuussl~国家自然科学基金ky

7、stsxssxl资助q收稿日期}ussvpsypus第uy卷第t期黄永志等}两轮移动机器人运动控制系统的设计与实现wtμοδελοφτηετωο2ωηεελεδμοβιλεροβοτ)中的位姿完全由其所经历的线速度和角速度决定q因此我们可以根据它来设计我们的控制器q整个机小车的机械结构由车体和两个驱动轮!一个随器人运动控制变成了一个多输入多输出的系统o如动轮组成.随动轮仅在运动失衡时起支撑作用,在运图u所示q