三輪移動機器人的精確運動控制設計

文相容，周宇生

(貴州大學 數學與統計學院，貴陽 550025)

輪式移動機器人是一種通過驅動輪子轉動來實現運動功能的非完整約束結構，具有結構簡單、能耗低和運動靈活等優點[1]。輪式移動機器人按輪子數量可分為獨輪、兩輪、三輪、四輪和多輪移動機器人。在實際應用中，會根據需要采用不同的輪式移動機器人。獨輪和兩輪機器人占地面積小且運動最為靈活，但豎直方向部分容易翻倒，是需要自平衡控制的倒立擺結構[2]。三輪移動機器人雖然靈活性不如獨輪和兩輪，但結構穩定不容易翻倒，且靈活性比四輪移動機器人要強很多。因此兼具穩定性和靈活性優點的三輪移動機器人在實際生活工作中應用非常廣泛。

目前關于三輪移動機器人的控制研究大都側重于其運動學方程[3-6]，通過將其運動學方程轉化為鏈式標準型，設計速度控制器跟蹤給定的目標速度[7-9]。但在實際中一般是通過驅動力或力矩來實現控制目的，所以設計力或力矩控制器更符合實際。文[10]針對高速運動情況下，對輪式移動機器人進行了運動學、動力學模型重建，并利用反演控制方法設計了抗側滑運動學反演控制器，同時利用逆動力學控制方法設計了抗擾動逆動力學控制器，完成了機器人對預定軌跡的跟蹤。一般情況下，實際運動任務是控制三輪移動機器人精確沿給定目標軌跡曲線運動，而動力學方程只是單純描述其運動速度和驅動力或力矩之間的關系。……