轮式机器人教学课件PPT

第七章第七章轮式机器人轮式机器人非完整系统介绍非完整系统介绍轮式移动机构轮式移动机构轮式机器人的运动学和动力学轮式机器人的运动学和动力学轮式机器人的运动规划及控制轮式机器人的运动规划及控制第七章第七章轮式机器人轮式机器人第一节 非完整系统简介第七章第七章轮式机器人轮式机器人 “ “非完整非完整”一词起源于近代分析力学，最早出现于一词起源于近代分析力学，最早出现于德国学者德国学者Hertz.HHertz.H的著作的著作“力学原理力学原理”中，中，18941894年年HertzHertz第一次把约束和系统分成完整和非完整两大类，第一次把约束和系统分成完整和非完整两大类，从此便有了非完整系统的研究。从此便有了非完整系统的研究。 第一节 非完整系统简介第七章第七章轮式机器人轮式机器人第一节 非完整系统简介第七章第七章轮式机器人轮式机器人系统据有能控性系统据有能控性不存在光滑时不变的状态反馈控制律不存在光滑时不变的状态反馈控制律平衡点特性平衡点特性第一节 非完整系统简介第七章第七章轮式机器人轮式机器人 在动力学方面，完整系统可用第二类在动力学方面，完整系统可用第二类LagrangeLagrange方方程来描述，而非完整系统则以更复杂的运动微分方程程来描述，而非完整系统则以更复杂的运动微分方程为特征。在推导非完整系统微分方程时考虑非完整约为特征。在推导非完整系统微分方程时考虑非完整约束的阶段不同和应用不尽相同的方法，因此得到各种束的阶段不同和应用不尽相同的方法，因此得到各种形式上很不一样的描述非完整系统的方程，比如形式上很不一样的描述非完整系统的方程，比如RouthRouth方程，方程，Mac-MillanMac-Millan方程，方程，Boltzmann-HamelBoltzmann-Hamel方程，方程，VolterraVolterra方程，广义方程，广义NielsenNielsen方程和方程和AppellAppell方程等。由方程等。由于非完整约束的不可积性，非完整系统的运动规划与于非完整约束的不可积性，非完整系统的运动规划与控制比一般系统要困难得多。控制比一般系统要困难得多。第七章第七章轮式机器人轮式机器人第二节 轮式移动机构第七章第七章轮式机器人轮式机器人 迄今为止，轮子是移动机器人和人造迄今为止，轮子是移动机器人和人造交通车辆中最流行的运动机构，效率高，交通车辆中最流行的运动机构，效率高，制作简单。因此在各种移动机构中，轮式制作简单。因此在各种移动机构中，轮式移动机构最为常见，且其移动速度和移动移动机构最为常见，且其移动速度和移动方向易于控制。方向易于控制。 第二节 轮式移动机构 第七章第七章轮式机器人轮式机器人第二节 轮式移动机构 第七章第七章轮式机器人轮式机器人第二节 轮式移动机构 第七章第七章轮式机器人轮式机器人第二节 轮式移动机构 第七章第七章轮式机器人轮式机器人第二节 轮式移动机构第七章第七章轮式机器人轮式机器人选择选择标准标准可控性可控性稳定性稳定性机动性机动性第二节 轮式移动机构第七章第七章轮式机器人轮式机器人轮式移动机构实例轮式移动机构实例, yx第二节 轮式移动机构第七章第七章轮式机器人轮式机器人轮式移动机构实例轮式移动机构实例 第二节 轮式移动机构第七章第七章轮式机器人轮式机器人轮式移动机构实例轮式移动机构实例第二节 轮式移动机构第七章第七章轮式机器人轮式机器人轮式移动机构实例轮式移动机构实例第二节 轮式移动机构第七章第七章轮式机器人轮式机器人轮式移动机构实例轮式移动机构实例第二节 轮式移动机构第七章第七章轮式机器人轮式机器人轮式移动机构实例轮式移动机构实例第二节 轮式移动机构第七章第七章轮式机器人轮式机器人轮式移动机构实例轮式移动机构实例第二节 轮式移动机构第七章第七章轮式机器人轮式机器人轮式移动机构实例轮式移动机构实例第二节 轮式移动机构第七章第七章轮式机器人轮式机器人轮式移动机构实例轮式移动机构实例 第二节 轮式移动机构第七章第七章轮式机器人轮式机器人轮式移动机构实例轮式移动机构实例第七章第七章轮式机器人轮式机器人第三节 运动学和动力学第七章第七章轮式机器人轮式机器人 第三节 运动学和动力学第七章第七章轮式机器人轮式机器人 yxI第三节 运动学和动力学第七章第七章轮式机器人轮式机器人 1000cossin0sincosR第三节 运动学和动力学第七章第七章轮式机器人轮式机器人 yxRIR 1000cossin0sincos第三节 运动学和动力学第七章第七章轮式机器人轮式机器人 RXlrrrrxrx212121第三节 运动学和动力学第七章第七章轮式机器人轮式机器人RYRy RlrlrlrPlPr第三节 运动学和动力学第七章第七章轮式机器人轮式机器人 1000cossin0sincos1R第三节 运动学和动力学第七章第七章轮式机器人轮式机器人 lrlrrryxlrlrI022 1000cossin0sincos第三节 运动学和动力学第七章第七章轮式机器人轮式机器人 t0 0d 1trllr t0 0d cos2trxxlr t0 0d sin2tryylr第三节 运动学和动力学第七章第七章轮式机器人轮式机器人 22yxv rlvl22rlvr22第三节 运动学和动力学第七章第七章轮式机器人轮式机器人 CIymxmWDL222212121第三节 运动学和动力学第七章第七章轮式机器人轮式机器人 rlyxPIITTllrfffFLLt sinsincoscos1dd第三节 运动学和动力学第七章第七章轮式机器人轮式机器人IIPIIAFLLtdd第三节 运动学和动力学第七章第七章轮式机器人轮式机器人 rlTTIrTTymrTTxmlrrlrlcossinsincos 第七章第七章轮式机器人轮式机器人第四节 运动规划及控制第七章第七章轮式机器人轮式机器人 第四节 运动规划及控制第七章第七章轮式机器人轮式机器人局部路径设计位置估计轨迹控制路径设计就是选定当前运动目标后，再根据机器人的运动学特性，将直线、圆弧、回旋曲线等过渡曲线组合起来，构成局部路径。特别地，对于无全向移动功能的一般轮式移动机构，合理地借助直线、圆弧、回旋曲线等来进行路径设计，将使机器人的控制较为容易。第四节 运动规划及控制第七章第七章轮式机器人轮式机器人局部路径设计位置估计轨迹控制位置估计一般是通过机器人的正运动学得到车体的移动速度，然后积分求得坐标。这种方法是最基本的估计移动物体位置的方法。除此之外，可以利用惯性传感器，借助外传感器观测周围环境，或依靠外部辅助装置来确定机器人的位置。 第四节 运动规划及控制第七章第七章轮式机器人轮式机器人局部路径设计位置估计轨迹控制轮式移动机构的控制量有两种：一种是对轮子驱动的操作量；另一种是若采用转向机构，则就是对转向驱动的操作量。各个控制量为位置量和速度量，只要在平移和旋转模式中没有停顿，就必须同步实施对各个驱动轴的控制。