三轮移动机器人的精确运动控制设计

文相容，周宇生

(贵州大学 数学与统计学院，贵阳 550025)

轮式移动机器人是一种通过驱动轮子转动来实现运动功能的非完整约束结构，具有结构简单、能耗低和运动灵活等优点[1]。轮式移动机器人按轮子数量可分为独轮、两轮、三轮、四轮和多轮移动机器人。在实际应用中，会根据需要采用不同的轮式移动机器人。独轮和两轮机器人占地面积小且运动最为灵活，但竖直方向部分容易翻倒，是需要自平衡控制的倒立摆结构[2]。三轮移动机器人虽然灵活性不如独轮和两轮，但结构稳定不容易翻倒，且灵活性比四轮移动机器人要强很多。因此兼具稳定性和灵活性优点的三轮移动机器人在实际生活工作中应用非常广泛。

目前关于三轮移动机器人的控制研究大都侧重于其运动学方程[3-6]，通过将其运动学方程转化为链式标准型，设计速度控制器跟踪给定的目标速度[7-9]。但在实际中一般是通过驱动力或力矩来实现控制目的，所以设计力或力矩控制器更符合实际。文[10]针对高速运动情况下，对轮式移动机器人进行了运动学、动力学模型重建，并利用反演控制方法设计了抗侧滑运动学反演控制器，同时利用逆动力学控制方法设计了抗扰动逆动力学控制器，完成了机器人对预定轨迹的跟踪。一般情况下，实际运动任务是控制三轮移动机器人精确沿给定目标轨迹曲线运动，而动力学方程只是单纯描述其运动速度和驱动力或力矩之间的关系。……