第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人非完整系統(tǒng)介紹非完整系統(tǒng)介紹輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及控制輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及控制第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人第一節(jié) 非完整系統(tǒng)簡(jiǎn)介第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 “ “非完整非完整”一詞起源于近代分析力學(xué)，最早出現(xiàn)于一詞起源于近代分析力學(xué)，最早出現(xiàn)于德國(guó)學(xué)者德國(guó)學(xué)者Hertz.HHertz.H的著作的著作“力學(xué)原理力學(xué)原理”中，中，18941894年年HertzHertz第一次把約束和系統(tǒng)分成完整和非完整兩大類(lèi)，第一次把約束和系統(tǒng)分成完整和非完整兩大類(lèi)，從此便有了非完整系統(tǒng)的研究。從此便有了非完整系統(tǒng)的研究。 第一節(jié) 非完整系統(tǒng)簡(jiǎn)介第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人第一節(jié) 非完整系統(tǒng)簡(jiǎn)介第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人系統(tǒng)據(jù)有能控性系統(tǒng)據(jù)有能控性不存在光滑時(shí)不變的狀態(tài)反饋控制律不存在光滑時(shí)不變的狀態(tài)反饋控制律平衡點(diǎn)特性平衡點(diǎn)特性第一節(jié) 非完整系統(tǒng)簡(jiǎn)介第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 在動(dòng)力學(xué)方面，完整系統(tǒng)可用第二類(lèi)在動(dòng)力學(xué)方面，完整系統(tǒng)可用第二類(lèi)LagrangeLagrange方方程來(lái)描述，而非完整系統(tǒng)則以更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)微分方程程來(lái)描述，而非完整系統(tǒng)則以更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)微分方程為特征。在推導(dǎo)非完整系統(tǒng)微分方程時(shí)考慮非完整約為特征。在推導(dǎo)非完整系統(tǒng)微分方程時(shí)考慮非完整約束的階段不同和應(yīng)用不盡相同的方法，因此得到各種束的階段不同和應(yīng)用不盡相同的方法，因此得到各種形式上很不一樣的描述非完整系統(tǒng)的方程，比如形式上很不一樣的描述非完整系統(tǒng)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，廣義方程，廣義NielsenNielsen方程和方程和AppellAppell方程等。由方程等。由于非完整約束的不可積性，非完整系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與于非完整約束的不可積性，非完整系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制比一般系統(tǒng)要困難得多。控制比一般系統(tǒng)要困難得多。第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 迄今為止，輪子是移動(dòng)機(jī)器人和人造迄今為止，輪子是移動(dòng)機(jī)器人和人造交通車(chē)輛中最流行的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，效率高，交通車(chē)輛中最流行的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，效率高，制作簡(jiǎn)單。因此在各種移動(dòng)機(jī)構(gòu)中，輪式制作簡(jiǎn)單。因此在各種移動(dòng)機(jī)構(gòu)中，輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)最為常見(jiàn)，且其移動(dòng)速度和移動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)最為常見(jiàn)，且其移動(dòng)速度和移動(dòng)方向易于控制。方向易于控制。 第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人選擇選擇標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)可控性可控性穩(wěn)定性穩(wěn)定性機(jī)動(dòng)性機(jī)動(dòng)性第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例, yx第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例 第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例 第二節(jié) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)例第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 yxI第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 1000cossin0sincosR第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 yxRIR 1000cossin0sincos第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 RXlrrrrxrx212121第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人RYRy RlrlrlrPlPr第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 1000cossin0sincos1R第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 lrlrrryxlrlrI022 1000cossin0sincos第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 t0 0d 1trllr t0 0d cos2trxxlr t0 0d sin2tryylr第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 22yxv rlvl22rlvr22第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 CIymxmWDL222212121第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 rlyxPIITTllrfffFLLt sinsincoscos1dd第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人IIPIIAFLLtdd第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 rlTTIrTTymrTTxmlrrlrlcossinsincos 第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人第四節(jié) 運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及控制第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人 第四節(jié) 運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及控制第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人局部路徑設(shè)計(jì)位置估計(jì)軌跡控制路徑設(shè)計(jì)就是選定當(dāng)前運(yùn)動(dòng)目標(biāo)后，再根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，將直線(xiàn)、圓弧、回旋曲線(xiàn)等過(guò)渡曲線(xiàn)組合起來(lái)，構(gòu)成局部路徑。特別地，對(duì)于無(wú)全向移動(dòng)功能的一般輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，合理地借助直線(xiàn)、圓弧、回旋曲線(xiàn)等來(lái)進(jìn)行路徑設(shè)計(jì)，將使機(jī)器人的控制較為容易。第四節(jié) 運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及控制第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人局部路徑設(shè)計(jì)位置估計(jì)軌跡控制位置估計(jì)一般是通過(guò)機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)得到車(chē)體的移動(dòng)速度，然后積分求得坐標(biāo)。這種方法是最基本的估計(jì)移動(dòng)物體位置的方法。除此之外，可以利用慣性傳感器，借助外傳感器觀(guān)測(cè)周?chē)h(huán)境，或依靠外部輔助裝置來(lái)確定機(jī)器人的位置。 第四節(jié) 運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及控制第七章第七章輪式機(jī)器人輪式機(jī)器人局部路徑設(shè)計(jì)位置估計(jì)軌跡控制輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制量有兩種：一種是對(duì)輪子驅(qū)動(dòng)的操作量；另一種是若采用轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，則就是對(duì)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)的操作量。各個(gè)控制量為位置量和速度量，只要在平移和旋轉(zhuǎn)模式中沒(méi)有停頓，就必須同步實(shí)施對(duì)各個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的控制。