4WD-4WS型床椅一体化机器人室内定位与点镇定控制研究

李秀智,杨 宇,贾 桐,张祥银

(1.北京工业大学 信息学部,北京 100124； 2.数字社区教育部工程研究中心,北京 100124)

0 引言

智能床椅一体化机器人(后文简称床椅机器人)是一种新兴的智能化康复护理系统。其特点是通过一系列动作自动实现轮椅-床姿态的双向变形，且具有导航、避障、自主对接与运动控制等智能行为。其中，点镇定控制作为运动控制的首要问题，通常指控制机器人到达期望位置，并在该位置保持稳定状态，为后续机器人在某一固定位姿下实现相应的功能提供可能。

由于室内狭小空间限制以及横向床-椅对接的需要，客观要求床椅机器人具有全向运动能力。麦克纳姆轮移动平台可通过调节四轮速度就可以完成全方位移动，从而实现点镇定控制[1]。虽便于控制，但由于车轮辊子接地点不连续导致车体振动，显著降低了乘坐的舒适性。

四轮驱动及四轮转向(four-wheel driving, four-wheel steering, 4WD-4WS)型驱动设计是一种可行的替代方案，在动力学参数未知的情况下，首先考虑其运动学点镇定控制。通过阿克曼转向[2]、合成轴转向[3]、滑移转向[4]等模型计算各电机的控制量。

由于此类非完整约束移动机器人平台不满足Brokett所提出的光滑反馈镇定的必要条件，无法选取合适的连续光滑反馈控制律将移动机器人稳定到期望位姿[5]。有学者提出了鲁棒状态反馈法[6]、基于齐次理论、平均系统理论的鲁棒指数法[7]等不连续控制方法，但是在实际应用中无法得到很多理想的不连续特性，因此导致在实际中难以应用[8]。……