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1、第七章第七章輪式機器人輪式機器人非完整系統(tǒng)介紹非完整系統(tǒng)介紹輪式移動機構(gòu)輪式移動機構(gòu)輪式機器人的運動學(xué)和動力學(xué)輪式機器人的運動學(xué)和動力學(xué)輪式機器人的運動規(guī)劃及控制輪式機器人的運動規(guī)劃及控制第七章第七章輪式機器人輪式機器人第一節(jié) 非完整系統(tǒng)簡介第七章第七章輪式機器人輪式機器人 “ “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)于德國學(xué)者德國學(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，第一次把約束和系統(tǒng)分成完整和非完整兩大類，從此便有了非完整系統(tǒng)的研究。

2、從此便有了非完整系統(tǒng)的研究。 第一節(jié) 非完整系統(tǒng)簡介第七章第七章輪式機器人輪式機器人第一節(jié) 非完整系統(tǒng)簡介第七章第七章輪式機器人輪式機器人系統(tǒng)據(jù)有能控性系統(tǒng)據(jù)有能控性不存在光滑時不變的狀態(tài)反饋控制律不存在光滑時不變的狀態(tài)反饋控制律平衡點特性平衡點特性第一節(jié) 非完整系統(tǒng)簡介第七章第七章輪式機器人輪式機器人 在動力學(xué)方面，完整系統(tǒng)可用第二類在動力學(xué)方面，完整系統(tǒng)可用第二類LagrangeLagrange方方程來描述，而非完整系統(tǒng)則以更復(fù)雜的運動微分方程程來描述，而非完整系統(tǒng)則以更復(fù)雜的運動微分方程為特征。在推導(dǎo)非完整系統(tǒng)微分方程時考慮非完整約為特征。在推導(dǎo)非完整系統(tǒng)微分方程時考慮非完整約束的階段不

3、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)的運動規(guī)劃與于非完整約束的不可積性，非完整系統(tǒng)的運動規(guī)劃與控制比一般系統(tǒng)要困難得多?？刂票纫话阆到y(tǒng)要困難得多

4、。第七章第七章輪式機器人輪式機器人第二節(jié) 輪式移動機構(gòu)第七章第七章輪式機器人輪式機器人 迄今為止，輪子是移動機器人和人造迄今為止，輪子是移動機器人和人造交通車輛中最流行的運動機構(gòu)，效率高，交通車輛中最流行的運動機構(gòu)，效率高，制作簡單。因此在各種移動機構(gòu)中，輪式制作簡單。因此在各種移動機構(gòu)中，輪式移動機構(gòu)最為常見，且其移動速度和移動移動機構(gòu)最為常見，且其移動速度和移動方向易于控制。方向易于控制。 第二節(jié) 輪式移動機構(gòu) 第七章第七章輪式機器人輪式機器人第二節(jié) 輪式移動機構(gòu) 第七章第七章輪式機器人輪式機器人第二節(jié) 輪式移動機構(gòu) 第七章第七章輪式機器人輪式機器人第二節(jié) 輪式移動機構(gòu) 第七章第七章輪式機

5、器人輪式機器人第二節(jié) 輪式移動機構(gòu)第七章第七章輪式機器人輪式機器人選擇選擇標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)可控性可控性穩(wěn)定性穩(wěn)定性機動性機動性第二節(jié) 輪式移動機構(gòu)第七章第七章輪式機器人輪式機器人輪式移動機構(gòu)實例輪式移動機構(gòu)實例, yx第二節(jié) 輪式移動機構(gòu)第七章第七章輪式機器人輪式機器人輪式移動機構(gòu)實例輪式移動機構(gòu)實例 第二節(jié) 輪式移動機構(gòu)第七章第七章輪式機器人輪式機器人輪式移動機構(gòu)實例輪式移動機構(gòu)實例第二節(jié) 輪式移動機構(gòu)第七章第七章輪式機器人輪式機器人輪式移動機構(gòu)實例輪式移動機構(gòu)實例第二節(jié) 輪式移動機構(gòu)第七章第七章輪式機器人輪式機器人輪式移動機構(gòu)實例輪式移動機構(gòu)實例第二節(jié) 輪式移動機構(gòu)第七章第七章輪式機器人輪式機器人

6、輪式移動機構(gòu)實例輪式移動機構(gòu)實例第二節(jié) 輪式移動機構(gòu)第七章第七章輪式機器人輪式機器人輪式移動機構(gòu)實例輪式移動機構(gòu)實例第二節(jié) 輪式移動機構(gòu)第七章第七章輪式機器人輪式機器人輪式移動機構(gòu)實例輪式移動機構(gòu)實例第二節(jié) 輪式移動機構(gòu)第七章第七章輪式機器人輪式機器人輪式移動機構(gòu)實例輪式移動機構(gòu)實例 第二節(jié) 輪式移動機構(gòu)第七章第七章輪式機器人輪式機器人輪式移動機構(gòu)實例輪式移動機構(gòu)實例第七章第七章輪式機器人輪式機器人第三節(jié) 運動學(xué)和動力學(xué)第七章第七章輪式機器人輪式機器人 第三節(jié) 運動學(xué)和動力學(xué)第七章第七章輪式機器人輪式機器人 yxI第三節(jié) 運動學(xué)和動力學(xué)第七章第七章輪式機器人輪式機器人 1000cossin0s

7、incosR第三節(jié) 運動學(xué)和動力學(xué)第七章第七章輪式機器人輪式機器人 yxRIR 1000cossin0sincos第三節(jié) 運動學(xué)和動力學(xué)第七章第七章輪式機器人輪式機器人 RXlrrrrxrx212121第三節(jié) 運動學(xué)和動力學(xué)第七章第七章輪式機器人輪式機器人RYRy RlrlrlrPlPr第三節(jié) 運動學(xué)和動力學(xué)第七章第七章輪式機器人輪式機器人 1000cossin0sincos1R第三節(jié) 運動學(xué)和動力學(xué)第七章第七章輪式機器人輪式機器人 lrlrrryxlrlrI022 1000cossin0sincos第三節(jié) 運動學(xué)和動力學(xué)第七章第七章輪式機器人輪式機器人 t0 0d 1trllr t0 0d

8、cos2trxxlr t0 0d sin2tryylr第三節(jié) 運動學(xué)和動力學(xué)第七章第七章輪式機器人輪式機器人 22yxv rlvl22rlvr22第三節(jié) 運動學(xué)和動力學(xué)第七章第七章輪式機器人輪式機器人 CIymxmWDL222212121第三節(jié) 運動學(xué)和動力學(xué)第七章第七章輪式機器人輪式機器人 rlyxPIITTllrfffFLLt sinsincoscos1dd第三節(jié) 運動學(xué)和動力學(xué)第七章第七章輪式機器人輪式機器人IIPIIAFLLtdd第三節(jié) 運動學(xué)和動力學(xué)第七章第七章輪式機器人輪式機器人 rlTTIrTTymrTTxmlrrlrlcossinsincos 第七章第七章輪式機器人輪式機器人第

9、四節(jié) 運動規(guī)劃及控制第七章第七章輪式機器人輪式機器人 第四節(jié) 運動規(guī)劃及控制第七章第七章輪式機器人輪式機器人局部路徑設(shè)計位置估計軌跡控制路徑設(shè)計就是選定當(dāng)前運動目標(biāo)后，再根據(jù)機器人的運動學(xué)特性，將直線、圓弧、回旋曲線等過渡曲線組合起來，構(gòu)成局部路徑。特別地，對于無全向移動功能的一般輪式移動機構(gòu)，合理地借助直線、圓弧、回旋曲線等來進(jìn)行路徑設(shè)計，將使機器人的控制較為容易。第四節(jié) 運動規(guī)劃及控制第七章第七章輪式機器人輪式機器人局部路徑設(shè)計位置估計軌跡控制位置估計一般是通過機器人的正運動學(xué)得到車體的移動速度，然后積分求得坐標(biāo)。這種方法是最基本的估計移動物體位置的方法。除此之外，可以利用慣性傳感器，借助外傳感器觀測周圍環(huán)境，或依靠外部輔助裝置來確定機器人的位置。 第四節(jié) 運動規(guī)劃及控制第七章第七章輪式機器人輪式機器人局部路徑設(shè)計位置估計軌跡控制輪式移動機構(gòu)的控制量有兩種：一種是對輪子驅(qū)動的操作量；另一種是若采用轉(zhuǎn)向機構(gòu)，則就是對轉(zhuǎn)向驅(qū)動的操作量。各個控制量為位置量和速度量，只要在平移和旋轉(zhuǎn)模式中沒有停頓，就必須同步實施對各個驅(qū)動軸的控制。