全局漸近穩(wěn)定的移動機器人軌跡跟蹤

劉振綱

摘 要：伴隨當(dāng)前輪式移動機器人受到人們的廣泛關(guān)注和應(yīng)用，在機器人智能化方面的要求也逐步提高。機器人的智能化水平的高低主要是看機器人是否可以自行對運行的姿態(tài)以及位置進行判斷。所以在進行機器人控制系統(tǒng)設(shè)計的過程中需要對機器人的狀態(tài)進行準確采集，并且依照狀態(tài)進行運動反饋。機器人在進行運動控制的過程中需要進一步重視末端執(zhí)行器的航跡軌跡、速度和加速度的控制和管理。在進行機器人的運動控制的過程中主要采取模糊控制、PID控制、變結(jié)構(gòu)控制等，在此過程中變結(jié)構(gòu)控制在各種線性和非線性的系統(tǒng)當(dāng)中非常適用，具有非常好的抗干擾和自適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：全局漸近穩(wěn)定 移動機器人 軌跡跟蹤

中圖分類號：TP24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（a）-00-02

1 移動機器人軌跡跟蹤概述

當(dāng)前，變電站巡檢機器人利用的主要是2D/3D激光來完成創(chuàng)建地圖以及定位導(dǎo)航等相關(guān)工作，通過激光完成觀測定位，并且讓機器人能夠依照需要進行自主行進。

該研究的重點在于雙輪差速驅(qū)動的變電站巡檢機器人的軌跡跟蹤。首先需要進一步研究上述移動機器人在設(shè)計中的運動學(xué)模型，依照Lyapunov穩(wěn)定性理論以及反步時變狀態(tài)反饋的方法對控制律進行研究，讓移動機器人在軌跡跟蹤的過程中處于全局漸近穩(wěn)定的狀態(tài)。

2 運動學(xué)模型

3 非線性狀態(tài)反饋控制器設(shè)計

在進行非完整約束的移動機器人在運動學(xué)模型方面的軌跡跟蹤分析的過程中，主要遵循的設(shè)計控制律是u=[vw]T=u（qe，ur，k），需要控制Pc=0，另外需要保證（uc-uc）=0，k指的主要是控制參數(shù)向量。

利用積分Backstepping的手段來計算和分析復(fù)雜非線性系統(tǒng)，把這些子系統(tǒng)的狀態(tài)坐標變化情況以及已知Lyapunov函數(shù)的虛擬控制系統(tǒng)進行聯(lián)立，這樣可以進一步提高修正算法的準確性，進一步加強控制器的運行效率。

移動機器人在初始位姿方面是p（0）=[000]T，希望達到的軌跡初始位姿表達為pr（0）=[01π/4]T，希望達到的線速度為vr=1m/s，角度需要控制在wr=0rad/s，另外控制器的常數(shù)設(shè)定為k1=80，k2=80，k3=40。完成仿真后結(jié)果如圖1～圖4所示。

可以發(fā)現(xiàn)移動機器人可以完成跟蹤預(yù)期軌跡，穩(wěn)定性非常好，具有一定的實用價值。

5 結(jié)語

該文依照變電站巡檢機器人在運行過程中的實際需要，進行了非線性狀態(tài)反饋控制器的設(shè)計來進一步控制軌跡跟蹤的情況，保證其可以依照預(yù)期軌跡操作。在實踐的過程中，可以保證移動機器人在軌跡跟蹤的過程中具有全局漸近穩(wěn)定的作用。仿真結(jié)果符合方法應(yīng)用的需要。

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