基于动态滑模控制的移动机器人路径跟踪

基于滑模控制的差动驱动机器人轨迹跟踪技术研究随着科技的不断发展，机器人技术越来越成熟，人们对于机器人应用的需求也越来越广泛。

差动驱动机器人的轨迹跟踪问题是一个重要的研究方向，差动驱动机器人仅通过两个驱动轮就能实现自主的运动，因此这种机器人具有很好的机动性能和灵活性，对于生产、环境监测、物流等领域有着广泛的应用。

针对差动驱动机器人轨迹跟踪问题，基于滑模控制的方法被广泛研究和应用。

滑模控制是一种非线性控制方法，在系统存在参数扰动和不确定性的情况下有着较好的鲁棒性和适应性。

具体地说，滑模控制通过引入滑模面来实现控制过程，通过调整滑模面的参数来实现跟踪效果的优化。

下文主要探讨基于滑模控制的差动驱动机器人轨迹跟踪技术研究及其应用。

一、基于滑模控制的差动驱动机器人轨迹跟踪技术原理基于滑模控制的差动驱动机器人轨迹跟踪技术的基本思想是，首先根据轨迹规划生成轨迹，通过差分驱动机构将其转换成左右轮的控制量，进而将其转换为机器人的目标矢量。

接着构建机器人动力学模型，建立状态空间方程，分析系统的特性和控制目标。

根据滑模控制原理，引入滑模面和滑模控制律，利用滑模控制律实现系统跟踪目标的同时提高鲁棒性和适应性。

其中，滑模控制的核心部分是滑模面的设计。

滑模面的设计需要满足以下几个条件：①滑模面必须能够保证系统误差收敛到零；②滑模面需要具有良好的鲁棒性和适应性，即在系统存在扰动和不确定性的情况下也能保证系统稳定性和跟踪性能；③滑模面应尽量简单，易于实现。

滑模控制律的设计也十分重要。

一般而言，滑模控制律可以通过直接设计和反馈调整两种方式实现。

直接设计法是通过设置确定的反馈增益和滑模面参数来实现控制目标，但是其受到系统扰动和不确定性的影响较大。

反馈调整法则是通过观察系统状态和误差，根据误差变化的速率调整反馈增益和滑模面参数，实现在扰动下的控制优化。

二、基于滑模控制的差动驱动机器人轨迹跟踪技术应用基于滑模控制的差动驱动机器人轨迹跟踪技术已经在智能制造、安防等领域得到了广泛应用。

基于滑模控制的室内移动机器人路径跟踪郝存明;张英坤;梁献霞【摘要】由于轮式移动机器人的运动受限性质,其轨迹跟踪成为控制领域的研究热点;Pioneer3-AT是一个高度灵活的差分驱动的机器人,具有良好的通用性和可靠性,特别适合于移动机器人学术研究;为解决一种可以在室内环境下执行任务的移动机器人的路径跟踪问题,以Pioneer3-AT移动机器人平台为原型机建立了移动机器人的数学模型;滑模变结构控制对被控系统的不确定性、外界扰动及参数摄动具有完全鲁棒性,利用特殊幂次函数构造一种新型滑模控制趋近律,采用该趋近律设计滑模控制律,进而提出一种新的滑模控制方法,利用李雅普诺夫定理证明了该方法的稳定性;采用所设计的滑模控制器对室内移动机器人进行路径跟踪实验,仿真结果验证了该方法的有效性.%Due to the restricted mobility,the trajectory tracking of wheeled mobile robot,has been a research focus in the field of control.The Pioneer3-AT is highly versatile differential-drive robotic platform for academic researchers,which has the most famous advantages of good versatility and reliability.To solve the path tracking problem of the indoor mobile robot which can perform particular tasks,the mathematical model of the mobile robot is established.based on Pioneer3-AT.Sliding mode variable structure control for the uncertainty,external disturbance and parameter perturbation of the controlled system has completely robustness,and a new sliding mode reaching law with special exponential function is constructed.The reaching law is adopted to design the sliding mode control law,and put forward a new method of sliding mode control is proposed,and the method stability.is proved by using lyapunovtheorem.The simulation results of the indoor mobile robot path tracking experiment on the sliding mode controller demonstrate the effectiveness of the proposed method.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2017(025)008【总页数】4页(P93-96)【关键词】滑模控制;移动机器人;路径跟踪;趋近律【作者】郝存明;张英坤;梁献霞【作者单位】河北省科学院应用数学研究所,石家庄050081;河北省科学院应用数学研究所,石家庄050081;河北科技大学电气工程学院,石家庄050018【正文语种】中文【中图分类】TH16随着人工智能技术的快速发展，机器人技术也在逐步深入和细化。

基于滑模控制的轮式移动机器人路径规划技术研究随着机器人技术的日益发展，移动机器人已经成为了现代工业和生活领域中必不可少的设备。

其中，轮式移动机器人因其操作灵活方便，适用性较广，已被广泛应用于物流、环保、消防等领域。

然而，轮式移动机器人的路径规划仍然是一个具有挑战性的问题。

本文将介绍基于滑模控制的轮式移动机器人路径规划技术研究。

一、轮式移动机器人路径规划技术问题路径规划技术是轮式移动机器人导航控制中的重要环节。

对于轮式移动机器人来说，路径规划存在着以下几个问题：首先是实时性。

轮式移动机器人在运行过程中需要不断地更新自己的位姿状态，并根据当前状态进行路径规划，因此路径规划需要具有较高的实时性，才能保证机器人的运动稳定和效率。

其次是环境的不确定性。

移动机器人在实际运行中会面临各种各样的环境变化，例如障碍物、不同的地形等。

这就需要路径规划算法能够灵活适应环境变化，确保机器人能够正确地找到前往目标的最优路径。

最后是有限的资源。

移动机器人为了实现自身的运动，需要消耗电池等资源，因此路径规划算法需要在保证机器人运动效率的同时尽量节省资源，以延长机器人的使用寿命。

二、滑模控制在路径规划中的应用滑模控制是一种非线性控制方法，它具有较强的自适应性和强鲁棒性，在路径跟踪控制中被广泛应用。

在轮式移动机器人的路径规划中，滑模控制被应用于以下几个方面：1.实时路线规划滑模控制能够以较快的速度更新机器人当前的位姿状态，实时监控机器人的运动情况，根据当前状况实时调整机器人的行进路线。

2.环境感知滑模控制算法可以在行进过程中对先前规划好的路径进行校正，以应对不断变化的环境，确保机器人能够准确地找到前往目标的最优路径。

例如，滑模控制可以用于机器人在土地和沙地之间进行自适应切换，选择最近的路径，以保证机器人的效率和稳定性。

3.资源优化滑模控制算法能够优化机器人的行进路径，以达到资源使用最小化的目的。

例如，当机器人发现两条行进路径效率相同时，滑模控制可以选取较短的路径，从而节省机器人的电池等资源消耗。

基于滑模变结构的机械臂轨迹跟踪控制方法研究摘要: 机械臂是一种重要的自动化设备，广泛应用于工业生产和科学研究领域。

机械臂的轨迹跟踪控制一直是研究的热点问题。

本文针对机械臂轨迹跟踪控制中存在的非线性、不确定性和外部干扰等问题，提出了一种基于滑模变结构的控制方法。

该方法通过引入滑模控制思想和变结构控制理论，实现了机械臂的快速、精确、鲁棒的轨迹跟踪控制。

关键词: 机械臂, 轨迹跟踪控制, 滑模控制, 变结构控制1.引言机械臂是一种协作机器人，可以完成许多种类的工作。

在现代工业生产和科学研究中，机械臂被广泛运用于制造业、医疗、太空探索等领域。

机械臂的轨迹跟踪控制是关键技术之一，影响着机械臂的运动精度和效率。

机械臂轨迹跟踪控制过程中会存在非线性、不确定性和外部干扰等问题，使得控制过程更加困难。

2.机械臂轨迹跟踪控制模型机械臂是由多个旋转关节和运动执行器组成的多自由度系统。

在进行轨迹跟踪控制时，需要对机械臂建立运动学模型和动力学模型，并通过控制器对机械臂的运动进行控制。

2.1 机械臂运动学模型机械臂的运动学模型可以描述机械臂各关节和执行器运动之间的关系。

设机械臂末端位置为$[x, y, z]$，末端姿态为$[φ, θ, ψ]$，机械臂的关节角度为$q=[q_1, q_2, …, q_n]$。

则机械臂的正运动学方程可以表示为：$$ T^0_n=T^0_1T^1_2 … T^{n-1}_n $$$T^i_j$表示从第i个坐标系到第j个坐标系的变换矩阵，$T^0_n$表示从基坐标系到机械臂末端坐标系的变换矩阵。

机械臂末端位置和姿态可以表示为：$$ φ=atan2(T^0_{32}, T^0_{33}), θ=asin(T^0_{31}), ψ=atan2(T^0_{21},T^0_{11}) $$机械臂的动力学模型可以描述机械臂的运动规律。

在建立机械臂的动力学模型时，需要考虑到机械臂的质量、惯性和外部所受的力矩等因素。

滑模控制技术在机械臂路径跟踪的应用一、滑模控制技术概述滑模控制技术是一种非线性控制方法，起源于20世纪50年代，最初应用于航空领域。

它的核心思想是通过设计一个滑动面，使得系统状态能够从初始状态到达这个滑动面，并在其上滑动至目标状态。

滑模控制具有快速响应、抗干扰能力强、易于实现等优点，因此在工业自动化、机器人控制等领域得到了广泛的应用。

1.1 滑模控制技术原理滑模控制技术的基本原理是选择一个合适的滑动面，使得系统状态在该面上的动态行为满足期望的性能指标。

当系统状态达到滑动面时，控制作用会使得状态沿着滑动面滑动，直至达到期望的平衡状态。

滑模控制的关键在于滑动面的设计，它决定了系统的动态性能和稳定性。

1.2 滑模控制技术特点滑模控制技术具有以下特点：- 强鲁棒性：对系统参数变化和外部干扰具有较强的不敏感性。

- 快速性：能够快速响应系统状态的变化，实现快速跟踪。

- 易于实现：控制算法结构简单，易于在数字控制系统中实现。

- 可调整性：通过调整控制参数，可以灵活地满足不同的性能要求。

二、机械臂路径跟踪问题机械臂路径跟踪是机器人技术中的一个重要问题，它要求机械臂能够按照预定的路径精确地移动，以完成各种任务。

路径跟踪的精度直接影响到机械臂的操作性能和任务完成的质量。

2.1 机械臂路径跟踪的重要性机械臂路径跟踪的精确性对于提高生产效率、保证产品质量具有重要意义。

在自动化生产线、医疗手术、空间探索等领域，精确的路径跟踪是实现高效、安全操作的基础。

2.2 机械臂路径跟踪的挑战机械臂路径跟踪面临诸多挑战，包括：- 动力学不确定性：机械臂的动力学特性可能因负载变化、磨损等因素而发生变化。

- 外部干扰：环境因素如温度、湿度、振动等可能对机械臂的运动产生影响。

- 非线性特性：机械臂的动力学模型通常具有非线性特性，增加了控制的复杂性。

三、滑模控制在机械臂路径跟踪中的应用将滑模控制技术应用于机械臂路径跟踪，可以有效提高跟踪精度和系统稳定性。

基于运动学模型的滑膜轨迹跟踪控制
摘要:
本文研究了一种基于运动学模型的滑膜轨迹跟踪控制方法。

首先建立了连杆机构滑膜的动力学模型。

然后提出利用滑膜末端位置反馈差分递推滑膜各关节变量的方法。

最后设计了基于控制器的跟踪控制算法。

通过仿真验证了该方法可以有效跟踪给定轨迹,控制误差很小。

1. 引言
滑膜机械手臂在柔性细长设计上有很好的适应性,广泛应用于工业生产线自动化装配等领域。

但是由于滑膜内外皮连接结构的复杂性,直接建模和控制很难。

本文提出一种仅基于滑膜末端位置信号的运动学模型跟踪控制方法。

2. 滑膜运动学模型
假设滑膜为连杆结构,滑膜内外皮以铰链连接滑膜各节。

通过建立滑膜各关节坐标与末端位置之间的解析关系,得到滑膜运动学模型。

3. 跟踪控制算法
利用运动学模型迅速通过滑膜末端位置反推各节角度。

设计控制器,根据给定轨迹与当前位置误差改变关节扭矩,驱动滑膜执行轨迹跟踪运动。

4. 仿真结果与分析
在环境下建立滑膜动力学模型,模拟不同轨迹下的跟踪效果。

结果表明控制误差很小,验证了该方法的可行性。

5. 结论
本文提出一种仅基于运动学模型的滑膜轨迹跟踪控制方法。

初步结果表明该方法简单且效果好,为滑膜机器人控制提供新的思路。

未来工作将从动力学误差减小等方面深入优化算法。

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