全向移动机器人动力学建模与控制研究

发布时间：2025-07-09 06:58

　　全向轮是一种结构特殊、运动机能良好的全方位移动机构,它所搭载的全向移动机器人可以在任一平面内实现三自由度(水平、垂直和旋转)运动。而且,深入研究移动机器人的运动控制问题,可以很大程度上激发它潜在的运动能力,发挥它的运动优势,满足人们对全向移动机器人高精度、高自由度的需求。因此,全向移动机器人作为新时代快速发展的科技产物,具有极高的学术研究意义和现实使用价值。全向移动机器人是一种典型的非完整约束、囊括诸多不确定性因素的复杂系统。机械结构的误差、接触面的粗糙程度、外界的不定干扰等因素都会对全向移动机器人运动性能造成影响。论文以四轮全向移动机器人为研究对象,以全向轮与地面接触产生的摩擦力对移动机器人精确运动造成的影响作为研究重点,在借鉴、分析国内外已有的类似文献和研究基础上,作出如下研究:文章首先介绍了不同种类的全向轮,并对当前已有各种全向轮的优缺点进行了比较分析,突出了本文研究对象所采用的全向轮的特点。其次,基于其特殊结构和布局,对全向轮在转动过程中所受到的力进行详细分析,主要研究主动轮、从动轮所受地面摩擦力对移动机器人精确运动造成影响的问题;再以牛顿—欧拉动力学方程为基准,按照先局部后整体...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 全向轮式移动机构综述
        1.2.2 移动机器人摩擦力研究现状
        1.2.3 移动机器人运动控制的研究现状
    1.3 本文主要工作和内容安排
第2章 全向移动机器人移动机构
    2.1 全向轮
        2.1.1 全向轮的结构性质
        2.1.2 全向轮辊子的材质
    2.2 全向轮布局方式
    2.3 全向轮受力分析
    2.4 本章小结
第3章 全向移动机器人数学模型
    3.1 四轮全向移动机器人运动学模型
        3.1.1 运动学模型
        3.1.2 运动学位姿误差模型
    3.2 四轮全向移动机器人动力学模型
        3.2.1 动力学模型
        3.2.2 摩擦力的确定
    3.3 基于简单PD控制的仿真研究
        3.3.1 摩擦力影响下的直线路径跟踪
        3.3.2 摩擦力影响下的圆形路径跟踪
        3.3.3 负重条件下的圆形路径跟踪
    3.4 本章小结
第4章 全向移动机器人运动控制
    4.1 自适应滑模控制原理
    4.2 自适应滑模控制器设计
        4.2.1 滑模控制器设计
        4.2.2 动力学模型参数自适应设计
    4.3 稳定性分析
    4.4 基于ASMC的仿真研究
        4.4.1 直线路径跟踪
        4.4.2 圆形路径跟踪
        4.4.3 “三叶草曲线”路径跟踪
        4.4.4 模拟实际路径跟踪
    4.5 本章小结
第5章 全向移动机器人轨迹跟踪控制实验
    5.1 全向移动机器人试验平台的构建
        5.1.1 全向移动机器人试验样机
        5.1.2 UWB室内定位
        5.1.3 全向移动机器人试验平台
    5.2 全向移动机器人轨迹跟踪试验
        5.2.1 同摩擦系数下轨迹跟踪控制试验
        5.2.2 不同摩擦系数下轨迹跟踪控制试验
        5.2.3 负重状态下轨迹跟踪控制试验
    5.3 本章小结
第6章 结论
参考文献
在学研究成果
致谢



本文编号：4057347