机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (19): 78-90.doi: 10.3901/JME.2025.19.078
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张佳乐1, 李志勇2, 张传伟1, 魏孟1, 焦生杰3
ZHANG Jiale1, LI Zhiyong2, ZHANG Chuanwei1, WEI Meng1, JIAO Shengjie3
摘要: 在运动控制领域,移动机器人系统通常需要满足一系列等式(包括完整性和非完整性)与不等式约束,以完成目标任务。然而,目前的研究主要集中在移动机器人轨迹跟踪性能方面,缺乏对其运动过程中横纵耦合控制的深入研究。为此,提出了一种基于广义Udwadia-Kalaba方程的横纵耦合约束跟随控制方法。首先,针对纵向跟踪任务,设计基于伺服等式约束理论的纵向轨迹跟踪控制器,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了其稳定性。其次,根据不等式约束信息,分别建立了y方向的固定约束以及直线和圆轨迹的边界约束。在此基础上,提出了一种能够满足边界不等式约束的横纵耦合控制器τ。最后,通过Matlab仿真软件对所提方法进行了数值仿真验证。仿真结果表明,与传统的PD控制和模型预测控制相比,所提控制器在满足不等式约束的同时,能高效完成目标任务,具有更快的收敛速度和优越的控制性能。同时,基于ROS移动机器人物理实验平台对所提控制方法的实际有效性进行验证,实现了不等式约束条件下的定点、直线及圆形轨迹跟踪控制,为移动机器人横纵耦合控制领域提供了新的研究思路。
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