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基于幂次趋近律的麦克纳姆轮全向移动机器人轨迹跟踪控制

杨凌耀 张爱华 徐金龙 张中杰

杨凌耀, 张爱华, 徐金龙, 张中杰. 基于幂次趋近律的麦克纳姆轮全向移动机器人轨迹跟踪控制[J]. 上海工程技术大学学报, 2022, 36(1): 23-30. doi: 10.12299/jsues.21-0195
引用本文: 杨凌耀, 张爱华, 徐金龙, 张中杰. 基于幂次趋近律的麦克纳姆轮全向移动机器人轨迹跟踪控制[J]. 上海工程技术大学学报, 2022, 36(1): 23-30. doi: 10.12299/jsues.21-0195
YANG Lingyao, ZHANG Aihua, XU Jinlong, ZHANG Zhongjie. Trajectory tracking control of Mecanum wheel omnidirectional mobile robot based on power reaching law[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2022, 36(1): 23-30. doi: 10.12299/jsues.21-0195
Citation: YANG Lingyao, ZHANG Aihua, XU Jinlong, ZHANG Zhongjie. Trajectory tracking control of Mecanum wheel omnidirectional mobile robot based on power reaching law[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2022, 36(1): 23-30. doi: 10.12299/jsues.21-0195

基于幂次趋近律的麦克纳姆轮全向移动机器人轨迹跟踪控制

doi: 10.12299/jsues.21-0195
基金项目: 国家自然科学基金资助(61703268)
详细信息
    作者简介:

    杨凌耀(1996−),男,在读硕士,研究方向为智能体运动控制. E-mail: yly012311@163.com

    通讯作者:

    张爱华(1986−),女,讲师,博士,研究方向为船舶、机器人等智能体运动控制、分布式控制. E-mail: aihua100yi@163.com

  • 中图分类号: TP242

Trajectory tracking control of Mecanum wheel omnidirectional mobile robot based on power reaching law

  • 摘要:

    针对基于一般滑模的麦克纳姆轮全向移动机器人在轨迹跟踪过程中收敛速度慢、耗时长及控制存在抖振等问题,提出一种利用多幂次趋近律实现系统快速收敛的滑模控制. 通过控制4个麦克纳姆轮的角速度实现机器人3个自由度的位置变化,完成3输入4输出的控制,根据所建的数学模型,使用多幂次趋近律在系统趋近滑模面的不同阶段进行针对性调节保证收敛速度,用双曲正切函数替换趋近律中的符号函数改善抖振问题,利用Lyapunov理论证明3输入4输出控制系统的稳定性,最后 通过仿真验证所提出算法的有效性.

  • 图  1  麦克纳姆轮移动机器人二维俯视图

    Figure  1.  Two dimensional top view of Mecanumwheel mobile robot

    图  2  移动机器人跟踪误差图

    Figure  2.  Tracking error diagram of mobile robot

    图  3  直线轨迹跟踪对比图

    Figure  3.  Comparison chart of straight trajectory tracking

    图  4  直线轨迹下跟踪误差对比图

    Figure  4.  Comparison chart of tracking error in straight trajectory

    图  5  直线轨迹下电机输出对比图

    Figure  5.  Comparison chart of motor output in straight trajectory

    图  6  圆形轨迹跟踪对比图

    Figure  6.  Comparison chart of circular trajectory tracking

    图  7  圆形轨迹下跟踪误差对比图

    Figure  7.  Comparison chart of tracking error in circular trajectory

    图  8  圆形轨迹下电机输出对比图

    Figure  8.  Comparison chart of motor output in circular trajectory

    表  1  MP-SMC仿真参数设置表

    Table  1.   Simulation parameters setting table of MP-SMC

    参数
    a/m 0.25
    b/m 0.35
    r/m 0.05
    ${I_0}/({\rm{kg}}{\rm{\cdot} }{ {\rm{m} }^{\rm{2} } })$ 0.09
    ${\eta _0}/({\rm{N}}{\rm{\cdot m\cdot s\cdot rad^{-1} } })$ 0.2
    $ \alpha $ 10
    $ \beta $ 0.2
    $ \delta $ diag{12,12,12}
    $\lambda $ diag{10,10,10}
    $ \sigma $ diag{100,100,100}
    $ \varepsilon $ diag{30,30,30}
    k diag{30,30,30}
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-23
  • 录用日期:  2021-12-02
  • 刊出日期:  2022-09-26

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