轮式移动机器人滑动转向研究综述

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1、$机床与液压%#""&X.CX+*H*轮式移动机器人滑动转向研究综述熊光明!龚建伟!徐正飞!陆际联"北京理工大学机器人研究中心!北京"!!!&"#摘要!轮式移动机器人滑动转向涉及车体!车轮的动力学和路面的属性"是一个复杂的运动现象#本文介绍了滑动转向的原理"把解决轮式移动机器人控制问题的方法分为两大类$硬模型方法和软模型方法%介绍了滑动转向时的功耗问题和转向结构的研究现状"对轮式移动机器人转向方法的发展方向进行了展望#关键词$滑动转向%轮式移动机器人%软模型中图分类号!$W#U$$文献标识码!($$文章编号!!""!)&**!"#""&#+

2、)""Z)UC#"2#."<%4D"8"-2+9%(EF.0)E)""259""$"0G%.$"D%:%)08^.//562?3O12?"/^./<1623P>1"0@c4>2?3=>1";@<13D162&‘CTCK1FA‘>A>6GF4B>2K>G"(>1M12?82AK1K5K>C=$>F42CDC?L"(>1M12?!"""*!’*:8)2-+)$,4>>D>JAQ1J)AK>>G1A6FCOID>SI4>2CO>2C212NCDN12?K4>JL26O1FAC=GCTCK"P4>>DA62JIGCI>GK1>AC=AC1DAR$4

3、1AI6I>G12KGCJ5F>JK4>K4>CGLC=P4>>D>JAQ1J)AK>>G"12KGCJ5F>JKPCF6K>?CG1>AC=FC2KGCD1AA5>A$46GJOCJ>DA62JAC=KOCJ>DAR62J12KGCJ5F>JK4>G>A>6GF4C2ICP>GJG6P=CGK5G212?62JFCOT126K1C2C=AQ1JAK>>G12?62JCK4>GAK>>G12?FC2=1?5G63K1C2R-KD6AK"K41AI6I>GIGCICA>JK4>=5K5G>J1G>FK1C2KCG>A>6GF4C2P4>>D>

4、JAQ1J)AK>>GOCT1D>GCTCKR;"/<%208$[Q1J)AK>>G%,4>>D>JOCT1D>GCTCK%[C=KOCJ>DA!$引言驱动"前轮从动并转向#在两个转向轮之间通过艾克轮式移动机器人的转向结构主要有如下V种$艾曼联接使前轮实现同步偏转#滑动转向&[Q1JAK>>G’克曼转向&-FQ>GO622)AK>>G>J’&图!&6’’!滑动的两侧车轮独立驱动"通过改变两侧车轮速度来实现不同半径的转向甚至原位转向"所以又称为差速转向#滑动转向的轮式移动机器人结构简单"不需要专门的转向机构%此外"由于滑动转向结构的的高效性和

5、低成本"因而用于诸如农场!果园!矿山!月球!火星等环境"特别是在转向空间受到限制的场地得到(!"#"&"U)广泛的应用#图#为美国桑地亚&[62J16’国(V)家实验室设计的滑动转向全地形月球漫游车#图&通过泊车的例子说明了滑动转向移动机器人(+)较之艾克曼转向移动机器人有更大的灵活性#图示泊车要求车辆停在两个矩形物之间"并且车体的前端图!转向&图!&T’’!轴)关节式转向&图!&F’’!全图&部位指向右侧#从图&&6’可以看出"滑动转向移动机器人到达指定位置之后"由于可以原位转向"因而非常容易地调整方向并指向右侧%而从图&&T’看到"艾克

6、曼转向型则需要不断的重复转向!前进!后退等操作来完成这一任务#"轮式滑动转向原理英国学者_R‘R,>1AA把履带滑动转向理论推(’"*"Z)广到每侧有两个或多个轮子的轮式车辆#首先讨论单侧轮子的转向问题#假定$&!’轮子与地面的摩图#擦力认为是库仑摩擦"且摩擦系数各向异性"纵!侧轮转向&图!&J’’及车体)关节式转向&图!向摩擦系数分别记为!%&#’如图U所示定义中&>’’#其中艾克曼转向是最典型的方法#它通过后轮!!!#间变量"角度"&图中下标!"""#"分别表示前轮!+JI+!机床与液压"#""&X.CX+中间轮及后轮!"则有纵向分力为

7、"横向分以及所受外力和力矩%这些参数仅与以下数据有关)!!$%FCA"力为"其中$%为单侧轮负荷#$&!车轮视车辆重量#$"距离-和""重心高度5"摩擦系数"!!$%A12"为刚性轮%外力和力矩%图U为右转的情况"^为单侧车轮瞬时转向中由于!"!""""是变量&"&"的!./$.$/&.&/./#心"它的位置由图中&&’共同确定%在车辆平衡状函数"因此通过以上方程组可求出&"&""从而./#确定内&外侧车轮瞬时转向中心位置$由横坐标值图V&."&/及’!"并可求出相应的纵向力%应该指出的是上述方程的求解是比较复杂的"可能出现无解或多个解的情

8、况"_R‘R,>1AA利用列线图的方法进行过图U研究%随着计算机技术及多学科交叉技术的发展"可态下"’总为正值"&则可能是正值或负值"轮子转利用神经网络等方法来研究滑动转向与各个