基于微分平坦的轮式移动机器人轨迹规划

轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot,WMR)是非完整系统的一个典型代表,它为这类系统控制理论的研究提供了一个优秀的应用实例。本文主要研究基于微分平坦的轮式移动机器人轨迹规划方法,基本思想是利用微分平坦的性质,在路径规划的基础上研究基于轮式移动机器人动力学模型的轨迹规划方法,并且同时考虑控制量约束下的最优轨迹生成问题。可以看出这种轨迹规划方法充分地利用了系统微分平坦的性质,能够保证规划出的轨迹不仅满足输入力矩饱和的限制,而且可以使能量和时间指标达到最优,即可以生成一条最优的可行轨迹。 文中介绍了轮式移动机器人的主要性质,即非完整性质和微分平坦性质;讨论了运动学和动力学建模方法;之后在动力学模型基础上提出了基于微分平坦的轨迹规划方法,通过验证分析这种方法存在的保守性,即没有主动考虑控制量约束的问题,进一步结合动态优化提出了改进方法并针对两类基本路径结果给出了仿真结果。从仿真结果可以看出,最终得到的规划轨迹不仅能够满足输入力矩饱和的限制,而且可以使能量和时间指标达到最优,即可以生成一条最优的可行轨迹,从而证明了算法的可行性和有效性。