移动机器人轨迹跟踪与运动控制

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ｄｉｒｅｃｔｍｅｔｈｏｄｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔａ＃ｏｂｌａｌｙａｓｙｍｐｔｏｔｉｃｌｌａｙｓｔａｂｌｅｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｒｏｂｏｔｍｏｖｅｅｎｍｔｆｏｔｈｅｎｇａｕｌｒａ
ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｓｐｅｅｄ，ｍｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｆｏｔｈｅｓｔｌａｅｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔ ’ Ｓｐｏｓｔｕｒｅ．ＢａｓｅｄｏｎＬｙａｐｕｎｏｖｓｔｂｉａｌｉｔｙｔｈｅｏｒｅｍｔｏｐｒｏｖｅｔｈｅ
摘
要：针对轮式移动机器人在实际运行中受环境因数影响，采用扩展卡尔曼滤波（ＥＫＦ）算法融合里程计与激光雷达的
观测数据，对机器人的参考轨迹信息进行校正，并与离散卡尔曼滤波进行比较。在机器人动力学模型的基础上．运用
Ｌｙａｐｕｎｏｖ直接法，构造具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制器，控制机器人运动的角ｗ速度＇ｖ＇使机器人的位姿状态达到
Ｋｌｍａａｎｆｉｈｅｒ（ＥＫＦ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｕｓｉｏｎｏｄｏｍｅｔｒｙａｎｄｌａｓｅｒｒａｄａｒｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｄａｔａ，ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍｔｉａｏｎｏｆｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｆｔｏｈｅｒｏｂｏｔ．ＣｏｍｐｒｉａｓｏｎｗｉｔｈｔｈｅｄｉｓｃｒｅｔｅＫａｌｍａｎｉｈｆｅｒ．Ｂｓｅａｄｏｎｔｈｅｒｏｂｏｔｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌ，ｕｓｉｎｇｔｈｅＬｙａｐｕｎｏｖ
ｇｌｏｂａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｓｉｍｕｌｔｉａｏｎｒｅｓｕｈｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａｖｅｒｉｉｆｃｔｉａｏｎｓｈｏｗｔｈｔａｔｅｈｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｗｈｉｃｈ
６２１０１０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｗｈｅｅｌｅｄｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔｓｏｒｅｉｎｌｕｆｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｉｎｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｅｘｔｅｎｄｅｄ
ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈ（ＥＫＦ）ｄｔａａｉｈｆｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄＬｙａｐｕｎｏｖｍｅｔｈｏｄｉｓｅｆｅｃｔｉｖｅ．
机械设计与制造
１ＯＯ
ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ
＆
Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第３期２０１４年３月
Hale Waihona Puke Baidu
移动机器人轨迹跟踪与运动控制
任国华
（西南科技大学制造科学与工程学院，四川绵阳６２１０１０）
要求。根据Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性定理证明了系统的全局稳定性。仿真及实验验证表明，卡尔曼滤波算法对机器人的定位数据
滤波与Ｌｙａｐｕｎｏｖ方法结合的轨迹跟踪控制器效果良好。
关键词：移动机器人；扩展卡尔曼滤波；轨迹跟踪；运动控制；Ｌｙａｐｕｎｏｖ直接法中图分类号：ＴＨ１６；ＴＰ２４２．６文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ３９９７（２０１４）０３ — ０１００～０３
ＭｏｂｉｌｅＲｏｂｏｔＴｒａｊｅｃｔｏｒｙＴｒａｃｋｉｎｇａｎｄＭｏｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ
ＲＥＮＧｕｏ－ｈｕａ
（ＣｏｉｌｅｇｅｏｆＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｉｃｈｕａｎＭｉａｎｙａｎｇ