一类球形机器人的运动控制研究

admin · 发表于 2022-9-7 10:22:46

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雅宝题库解析：
球形机器人在很多特殊的环境中有着传统机器人不可替代的优势，其控制题目具有深远的意义。但是，由于球形机器人本身的非完整，欠驱动的性质给其控制题目带来一定困难。尤其是这种特殊的球形机器人不能像传统的轮式移动机器人那样转化成经典的链式系统，很多现有的非线性控制方法不能直接应用，使得球形机器人的控制面临着很大的挑战。本文从以下几个方面研究了北航球形机器 (BHQ-1) 的运动控制题目。(1)数学建模。由于球形机器人特殊的运动模式，以及其通过前向和横向滚转的耦合来实现转弯运动的运动特性，使得该机器人的建模非常困难。本文对球形机器人的球壳进行了运动学和动力学建模。(2)姿态和速度的控制。姿态和速度控制，是一般机器人最简单也是最重要的运动控制。横向姿态可以保证机器人上安装的精密设备正常工作；前向速度可以保证执行任务的效率。本文设计滑模控制器，实现了横向姿态和前向速度的控制。(3)路径跟随。路径对时间没有限制，因此对于运动学模型，本文假定前向速度为常值，同时通过巧妙的选取路径跟随误差简化了控制系统。对于动力学模型，分别针对精确动力学模型以及包含了建模误差和未知有界干扰的不精确动力学模型，设计了PD控制器和含有自适应参数的滑模控制器，实现了一般路径的跟随。(4)轨迹跟踪。轨迹是时间的约束函数。本文先从运动学模型得到理想速度，然后从动力学模型反解出达到这种理想速度所需力矩。考虑到动力学模型中存在着各种不确定性，本文通过PD 控制器和RBF 神经网络相结合的办法，设计了控制器，有效克服了动力学模型的不确定性，实现了基于运动学和不精确动力学模型的轨迹跟踪。本文对上述基本题目进行了比较详细的探讨。姿态、速度控制，路径跟随、轨迹跟踪等部分分别进行了稳定性的分析以及MATLAB仿真。仿真结果验证了所设计控制器的有效性。

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