全向移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制畢業(yè)設(shè)計(jì)

全向移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名：日期：

學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日

注意事項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字。3.附件包括：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě)2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà)3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂

指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū)指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫(xiě)（設(shè)計(jì)）過(guò)程1、學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過(guò)程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的能力□優(yōu)□良□中□及格□不及格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性□優(yōu)□良□中□及格□不及格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格建議成績(jī)：□優(yōu)□良□中□及格□不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√”）指導(dǎo)教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日

評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū)評(píng)閱教師評(píng)價(jià)：一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格建議成績(jī)：□優(yōu)□良□中□及格□不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√”）評(píng)閱教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見(jiàn)教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)：一、答辯過(guò)程1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見(jiàn)解的敘述情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、對(duì)答辯問(wèn)題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學(xué)生答辯過(guò)程中的精神狀態(tài)□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格評(píng)定成績(jī)：□優(yōu)□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）：（簽名）年月日教學(xué)系意見(jiàn)：系主任：（簽名）年月日

關(guān)鍵詞：移動(dòng)機(jī)器人和自主系統(tǒng)，系統(tǒng)辨識(shí)，執(zhí)行器飽和，路徑跟蹤控制。摘要：本文主要關(guān)注全向移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題。一種基于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的新的控制方法提出了輸入輸出線性化模型。對(duì)執(zhí)行器飽和及驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)在機(jī)器人性能體現(xiàn)方面有重要影響，該控制法考慮到了以上兩個(gè)方面并保證閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這種控制算法常用于真實(shí)世界的中型組足球機(jī)器人全方位的性能體現(xiàn)。1.介紹最近，全方位輪式機(jī)器人已在移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用方面受到關(guān)注，因?yàn)槿轿粰C(jī)器人“有一個(gè)滿流動(dòng)的平面，這意味著他們?cè)诿恳粋€(gè)瞬間都可以移動(dòng)，并且在任何方向都沒(méi)有任何調(diào)整”。不同于非完整的機(jī)器人，例如輪式機(jī)器人，在執(zhí)行之前具有旋轉(zhuǎn)任何所需的翻譯速度，全方位機(jī)器人具有較高的機(jī)動(dòng)性并被廣泛應(yīng)用在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的應(yīng)用，例如在中型的一年一度的足球比賽。大多數(shù)移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法是基于機(jī)器人的動(dòng)態(tài)模型或機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。動(dòng)態(tài)模型直接描述力量施加于車輪和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，以外加電壓的每個(gè)輪作為輸入、以機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的線速度和角加速度作為輸出。但動(dòng)態(tài)變化所造成的變化的機(jī)器人慣性矩和機(jī)械組件的擾動(dòng)使控制器設(shè)計(jì)變得較為復(fù)雜。假設(shè)沒(méi)有打滑車輪發(fā)生時(shí)，傳感器高精度和地面足夠平坦，由于結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單，因而運(yùn)動(dòng)模型將被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的設(shè)計(jì)行為中。作為輸入運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是機(jī)器人車輪速度，輸出機(jī)器人的線速度和角速度，機(jī)器人的執(zhí)行器的動(dòng)力都快足以忽略，這意味著所需的輪速度可以立即達(dá)到。然而，該驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)極限，甚至降低了機(jī)器人在真實(shí)的情況中的表現(xiàn)。另一個(gè)重要方面是機(jī)器人控制的實(shí)踐：執(zhí)行器飽和。因機(jī)器人輪子的指揮電機(jī)速度是有飽和的界限的，執(zhí)行器飽和能影響到機(jī)器人的性能，甚至使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)變得不穩(wěn)定。本文提出了一個(gè)全方位的機(jī)器人的一種運(yùn)動(dòng)控制方法，這種控制方法是基于逆輸入輸出的線性的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。它需要不僅考慮到驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)的識(shí)別，但也需要考慮到執(zhí)行器飽和控制器的設(shè)計(jì)，并保證閉環(huán)控制系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。本文其余的部分：在2節(jié)介紹了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的一個(gè)全方位的中型足球機(jī)器人；在3節(jié)介紹了路徑跟蹤與定位跟蹤問(wèn)題基于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的輸入輸出線性化的解決方法，其中包括執(zhí)行器飽和分析；4部分介紹了動(dòng)態(tài)識(shí)別器及其在控制性能方面的影響；最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論討論部分分別在5和6。2.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型移動(dòng)機(jī)器人其實(shí)是一個(gè)全方位機(jī)器人，其原理顯示在圖1。它有三個(gè)彼此120度對(duì)稱安裝的瑞典的車輪。每個(gè)車輪的驅(qū)動(dòng)用直流電機(jī)和具有相同距離的中心到機(jī)器人的質(zhì)心。圖一：運(yùn)動(dòng)圖學(xué)基礎(chǔ)上的全方位機(jī)器人除了固定的坐標(biāo)系統(tǒng)，一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的固定框架被定義在，該框架平行于地面，其起源定位于。是指機(jī)器人的定位，該方向的軸就在這個(gè)坐標(biāo)系中。和分別是機(jī)器人觀察視野的平移速度與機(jī)器人坐標(biāo)系統(tǒng)。該運(yùn)動(dòng)學(xué)模型在機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng)的體現(xiàn)為：=1\*GB3①觀察到機(jī)器人坐標(biāo)系統(tǒng)是機(jī)器人的速度向量，和是機(jī)器人的平移速度；是機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)速度，是車輪速度矢量，是車輪的線速度，它等于車輪半徑乘以通過(guò)車輪的角速度。介紹了從機(jī)器人坐標(biāo)系統(tǒng)到固定坐標(biāo)系統(tǒng)的變換矩陣=2\*GB2⑵該運(yùn)動(dòng)學(xué)模型關(guān)于固定坐標(biāo)系可推導(dǎo)出：=3\*GB2⑶是機(jī)器人關(guān)于固定坐標(biāo)系統(tǒng)的速度向量；和是機(jī)器人的平移速度；是機(jī)器人轉(zhuǎn)動(dòng)速度；是指車輪定位在機(jī)器人坐標(biāo)系統(tǒng)上且等于30度。重要的是要注意到變換矩陣是模型1是滿秩矩陣，這意味著機(jī)器人的平移和旋轉(zhuǎn)是被分解了的，并保證單獨(dú)控制這兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)。針對(duì)高電平控制法沒(méi)有考慮到車輪速度，運(yùn)動(dòng)學(xué)模型=4\*GB2⑷被用在控制方法中，這里的變換矩陣等于，因?yàn)槭菨M秩矩陣，這兩個(gè)分解運(yùn)動(dòng)的特征也是被保持的。3.逆輸入輸出的線性化控制三角函數(shù)的變換角所在的變換矩陣確定了非線性的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型4。由于矩陣是滿秩，這種非線性模型可以精確線性化的引入一個(gè)簡(jiǎn)單的補(bǔ)償。該線性化系統(tǒng)就變成了與一個(gè)新的輸入向量。圖2：在組成下的線性化系統(tǒng)這種線性化系統(tǒng)顯示在圖2中是完全分離的，允許控制的機(jī)器人通過(guò)一個(gè)單獨(dú)的方式平移和旋轉(zhuǎn)。當(dāng)一個(gè)控制器的設(shè)計(jì)是基于這個(gè)簡(jiǎn)單的線性系統(tǒng)時(shí)，該控制器相對(duì)于原系統(tǒng)就變成了。整個(gè)控制回路，其中包括非線性系統(tǒng)，補(bǔ)償和控制器，這一關(guān)系顯示如圖3。圖3：閉環(huán)控制系統(tǒng)代表機(jī)器人的狀態(tài)向量且代表的是理想狀態(tài)向量；與是機(jī)器人在固定坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置?；谳斎胼敵鼍€性化系統(tǒng)，關(guān)于機(jī)器人的平移和旋轉(zhuǎn)控制的路徑跟蹤和定位跟蹤問(wèn)題在下面的小節(jié)進(jìn)行了分析。執(zhí)行器飽和的影響也保持著平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之間的分解關(guān)系。3.1路徑跟蹤控制作為一個(gè)高層次控制問(wèn)題，路徑跟蹤被應(yīng)用于本例中的處理機(jī)器人平移控制。路徑跟蹤問(wèn)題如圖4所示。代表所給定的路徑，點(diǎn)是正交設(shè)計(jì)在路徑上的交點(diǎn)，路徑坐標(biāo)系統(tǒng)分別是沿著路徑移動(dòng)和坐標(biāo)軸和對(duì)應(yīng)的切線和法線方向上的點(diǎn)和它們的交點(diǎn)。是路徑切線方向在點(diǎn)的水平夾角。圖4路徑跟蹤問(wèn)題的圖解基于以上的敘述，路徑跟蹤問(wèn)題用來(lái)尋找適當(dāng)?shù)臋C(jī)器人的速度和角速度的控制值的，這樣偏移距離與角的誤差趨向于零。為了解決這個(gè)問(wèn)題，一個(gè)Lyapunov候選函數(shù)=5\*GB2⑸可以被考慮到，其中與是正常量。在該瞬間的求導(dǎo)結(jié)果為=6\*GB2⑹Mojaev提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的基于偏移距離的控制律，被控制著沿著一個(gè)指數(shù)曲線并收斂于軸。該指數(shù)曲線可表示為（7）是初始偏差和正的常數(shù)確定的收斂速度的偏差。關(guān)于區(qū)別于（7），我們可以得到該指數(shù)曲線的切線方程為（8）因此，對(duì)于一個(gè)非零常數(shù)所需的速度，機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng)的平移速度分別為，（9）；（10）將=8\*GB2⑻代入=6\*GB2⑹，我們可以得到因?yàn)榍?。該解決方案可保證在及情況下整體穩(wěn)定的平衡力，這意味著這種控制律可解決路徑跟蹤問(wèn)題。轉(zhuǎn)換到總坐標(biāo)系的機(jī)器人速度，我們可以得到線性化系統(tǒng)的控制值（12）（13）其中?？刂破鞯妮斎?2和13是點(diǎn)和給定的路徑之間的偏差距離，通過(guò)該距離通?？梢灾苯拥玫皆跈C(jī)器人上的傳感器。此外，該偏差平穩(wěn)地收斂于零且速度受控于參數(shù)，這便是可以根據(jù)性能選擇的要求。3.2定位跟蹤不同于一個(gè)輪式機(jī)器人，在不同的角度上全方位機(jī)器人的定位方向是不同的，其關(guān)系可表示為。這意味著全方位機(jī)器人當(dāng)它作路徑跟蹤時(shí)能跟蹤任何角度?；诰€性化模型，該定位跟蹤的任務(wù)是尋找一個(gè)合適的，其值等于機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)速度，這樣便可得=14\*GB2⒁，其中是期望的定位。輸入變量與輸出變量之間的系統(tǒng)是一個(gè)整體，普遍應(yīng)用于PD控制器的設(shè)計(jì)并能圓滿完成定位跟蹤任務(wù)。3.3執(zhí)行器飽和基于逆輸入輸出線性化，該全向機(jī)器人平移和旋轉(zhuǎn)可以輕松通過(guò)一個(gè)單獨(dú)的方式實(shí)現(xiàn)。該線性化就投入產(chǎn)出的關(guān)系而言，就要求內(nèi)部零件有充足的能力去達(dá)到預(yù)期的輸入。不過(guò)，機(jī)器人的電力馬達(dá)是有界的，因而當(dāng)指揮速度太大時(shí)執(zhí)行器將會(huì)飽和。驅(qū)動(dòng)飽和的存在可以影響機(jī)器人的平移和旋轉(zhuǎn)這兩個(gè)分解運(yùn)動(dòng)的速度，這樣系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性就會(huì)受到嚴(yán)重影響。因此，在控制器的設(shè)計(jì)中有必要處理執(zhí)行器飽和問(wèn)題。對(duì)于全向機(jī)器人來(lái)說(shuō)，每一輪的最大速度是的極限是，即。將上述控制值方程（12）（13），代入逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型（2）和（1）中，可得出車輪速度的計(jì)算值為：=15\*GB2⒂為了在路徑跟蹤控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)定位跟蹤，所需的平移速度的最大值被假定小于。將代入（15），可以計(jì)算得出每個(gè)輪子速度的上界和下界，其計(jì)算可表示為以下三個(gè)不等式，=16\*GB2⒃然后，動(dòng)態(tài)邊界值可計(jì)算得=17\*GB2⒄其中和分別是下界和上界?？紤]飽和函數(shù)=18\*GB2⒅和它的增益特性如圖5所示，我們可以得到一個(gè)動(dòng)態(tài)增益飽和，當(dāng)輸入飽和時(shí)該值具有一個(gè)最大值且收斂于零。然后機(jī)器人定位的閉環(huán)控制系統(tǒng)可以表達(dá)為圖6，其中一個(gè)控制器能用于控制機(jī)器人的定位收斂于理想值，（19）其中和分別是比例值和偏移量。它可獲得閉環(huán)只有一個(gè)極點(diǎn)和一個(gè)零點(diǎn)。因此，當(dāng)是負(fù)值，是被選擇的時(shí)，這樣極點(diǎn)就變成為負(fù)值，從而無(wú)論如何降低閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都可以被保證。圖5：飽和函數(shù)和它的增益特性。圖6：機(jī)器人定位的閉環(huán)控制。4.驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)當(dāng)我們假設(shè)低電平驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)速度快于比運(yùn)動(dòng)學(xué)的速度時(shí)，這個(gè)結(jié)果在最后一節(jié)是唯一可行的，或驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力的延遲可以被忽略。因而有必要在控制器的設(shè)計(jì)中分析和考慮驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)影響。在下面的小節(jié)中，在觀察輸入輸出的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)識(shí)別，和其在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方案上的影響將被一一敘述。4.1執(zhí)行器動(dòng)力識(shí)別該系統(tǒng)識(shí)別問(wèn)題的目的是估算一個(gè)在觀察輸入輸出數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的模型從而得出性能指標(biāo)最小化。因?yàn)闈M秩變換矩陣在低電平動(dòng)力模型（1）表示的輸出和是不相關(guān)的，對(duì)于一個(gè)普遍應(yīng)用的參數(shù)模型，是被選擇的模型識(shí)別，其結(jié)構(gòu)可表示如下=20\*GB2⒇（21）（22）（23）代表從輸入到輸出間的延遲，是一個(gè)干擾變量。是產(chǎn)生于轉(zhuǎn)變操作的結(jié)果，分別是多項(xiàng)式的次數(shù)，為了選擇這個(gè)模型的最優(yōu)參數(shù)，我們使用預(yù)報(bào)誤差法，其目的是去尋找最優(yōu)的和多項(xiàng)式，這樣預(yù)測(cè)誤差便是最小的，即，（24），（25）其中代表輸出變量的測(cè)量值。Matlab系統(tǒng)識(shí)別工具箱被用來(lái)確定執(zhí)行器動(dòng)力學(xué)模型。圖7、8和9顯示就實(shí)際輸入比較模型輸出與測(cè)量輸出之間的最佳參數(shù)。圖7：的識(shí)別模型圖8：的識(shí)別模型圖9：的識(shí)別模型為配合機(jī)器人的連續(xù)模型，該識(shí)別模型用zero-orderhold方法從一個(gè)離散變量轉(zhuǎn)換到一個(gè)連續(xù)變量，（26）（27）（28）4.2執(zhí)行器的影響考慮執(zhí)行器，其控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)顯示如圖10，圖10：閉環(huán)控制系統(tǒng)包括執(zhí)行器其中是機(jī)器人速度向量關(guān)于自身坐標(biāo)系統(tǒng)的命令。由于執(zhí)行器動(dòng)力（26）和（27）的兩極具有負(fù)實(shí)部，因而這兩個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定。這意味著存在一個(gè)極短的時(shí)間，之后，真正的速度和收斂于理想的和，此時(shí)輸入開(kāi)始生效。因此，上述路徑跟蹤法也能保證機(jī)器人跟蹤預(yù)期路徑，即使在時(shí)間內(nèi)的偏移距離與角誤差可能增加。在定位跟蹤控制中，動(dòng)力系統(tǒng)（28）增加了一個(gè)兩極閉環(huán)系統(tǒng)，如圖11，控制器參數(shù)決定在上述部分可能導(dǎo)致系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。圖11：機(jī)器人定位的閉環(huán)控制包括執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)。通過(guò)核心技術(shù)設(shè)置閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)和零點(diǎn)的位置，我們得到在條件滿足下可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即使在執(zhí)行器飽和的情況下。圖12顯示了一條在危急情況下開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的根軌跡，無(wú)論是任何正值，所有系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)均位于左半平面。否則，當(dāng)時(shí)，根軌跡可以穿越虛軸，當(dāng)時(shí)閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)可移動(dòng)到右半平面。圖12：開(kāi)環(huán)模型的根軌跡5.實(shí)驗(yàn)我們的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室有一半以上的RoboCup中型組機(jī)器人，以上討論的控制算法將在這里被測(cè)試。全方位機(jī)器人的應(yīng)用顯示在圖13。圖13：真正的全向機(jī)器人一個(gè)分辨率為的AVTMarlinF-046C彩色相機(jī)被裝配了一個(gè)指向走向的雙曲面鏡，該雙面曲鏡安裝在全向機(jī)器人的頂部，這樣一個(gè)完整的環(huán)繞地圖就被機(jī)器人捕獲了。一個(gè)基于50赫茲輸出信號(hào)的相機(jī)的自主定位算法描述如何得到機(jī)器人在某運(yùn)行場(chǎng)地某時(shí)刻的位置。這個(gè)車輪能驅(qū)動(dòng)三個(gè)的MaxonDC電機(jī)且車輪的最高速度是。三輪編碼器用來(lái)測(cè)量車輪的實(shí)際速度，編碼器通過(guò)三個(gè)控制器控制運(yùn)轉(zhuǎn)。一個(gè)八字形路徑可作為參考路徑，其幾何對(duì)稱性和曲率的急劇變化給測(cè)試帶來(lái)了挑戰(zhàn)。一個(gè)被選擇的八字形路徑和一個(gè)規(guī)模變量可表示為（29）機(jī)器人受控于沿著八字形路徑以恒定速度，和我們的控制算法被選擇的參數(shù)分別是。第一次實(shí)驗(yàn)所選路徑的切線方向是預(yù)期的機(jī)器人定位。圖14，15，16和17告訴我們所提出控制方法控制機(jī)器人的中心收斂于給定的路徑和機(jī)器人定位跟蹤一個(gè)可接受的理想的錯(cuò)誤，此時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的飽和度沒(méi)有出現(xiàn)。為了檢查在執(zhí)行器飽和方面的影響，實(shí)驗(yàn)二選擇了理想的機(jī)器人定位（30）其中是曲率路徑在點(diǎn)P的曲率，其原因如圖18，19，20和21告訴我們，機(jī)器人的中心收斂于給定的路徑，即使當(dāng)?shù)缆芳鞭D(zhuǎn)彎時(shí)車輪速度達(dá)到飽和狀態(tài)。圖14：參考路徑和機(jī)器人路徑。圖15：距離誤差。圖16：定位誤差。圖17：真正的車輪速度。圖18：參考路徑和機(jī)器人路徑。圖19：距離誤差。圖20：定位誤差。圖21：真正的車輪速度。6.結(jié)論本文提出了一種全向機(jī)器人的新的運(yùn)動(dòng)控制方法。這種方法是基于逆輸入輸出線性化的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，它完全分解了機(jī)器人平移和旋轉(zhuǎn)。機(jī)器的平移受控于沿著參考路徑行進(jìn)，機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)受控于跟蹤期望的定位。由于執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)和飽和度極大地影響了機(jī)器人的性能，而避免這些影響的方法是控制器的設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮這些方面的影響。根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定性理論，路徑跟蹤控制律的整體穩(wěn)定性已經(jīng)得到證實(shí)。根軌跡方法是用來(lái)分析和選擇合適的控制器的參數(shù)，使得機(jī)器人的定位可以收斂到一個(gè)期望的方向甚至是當(dāng)車輪速度飽和時(shí)。在現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)驗(yàn)中，機(jī)器人受控于沿著一個(gè)八字形曲線、以一個(gè)恒定的的平移速度行進(jìn)，并精確追蹤改變定位。結(jié)果表明，所提出的控制方法在執(zhí)行器的飽和與非飽和的情況下是有效的。7.參考文獻(xiàn)[1]Campion,G.Bastin,G,D’Andréa-Novel,B.輪式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)態(tài)模型的分類和結(jié)構(gòu)性能[J].機(jī)器人與自動(dòng)化的IEEE會(huì)刊，1996，12：47-62．[2]Heinemann,P,Rueckstiess,T,Zell,A.快速、準(zhǔn)確的環(huán)境模塊化在全方位系統(tǒng)上的動(dòng)態(tài)認(rèn)知的引入[D].2004.[3]Indiveri,G.,Paulus,J.,andPl¨oger,P.G.瑞典輪式移動(dòng)機(jī)器人在存在執(zhí)行器飽