常　江，孟慶鑫
哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱　

佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江佳木斯

摘　　　要：由于輪式移動機(jī)器人的非完整性質(zhì)和運(yùn)動受限性質(zhì)，它的軌跡跟蹤已經(jīng)成為一類具有挑戰(zhàn)性的控制問題。針對一個可以在醫(yī)院環(huán)境中執(zhí)行護(hù)理任務(wù)的室內(nèi)移動機(jī)器人�沧o(hù)士助手機(jī)器人，提出一種輪式移動機(jī)器人的軌跡跟蹤滑模控制方法。由移動機(jī)器人在極坐標(biāo)系中的運(yùn)動學(xué)方程出發(fā)設(shè)計(jì)一個滑模控制器，進(jìn)而提出了一種新的滑模控制方法，解決了在極坐標(biāo)系中關(guān)于運(yùn)動學(xué)的跟蹤問題。分析了此方法的穩(wěn)定性和執(zhí)行性能，并且通過仿真證明這個控制方法的實(shí)際應(yīng)用的有效性。

關(guān)　鍵　詞：輪式移動機(jī)器人；非完整；滑模控制；軌跡跟蹤

１　引　言
輪式移動機(jī)器人（ＷｈｅｅｌｅｄＭｏｂｉｌｅＲｏｂｏｔ，ＷＭＲ）具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用背景，對它的跟蹤控制已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究［１］。由于輪式移動機(jī)器人運(yùn)動受限性質(zhì)，它只能做純滾無滑運(yùn)動，此即非完整約束。特別地，線性化的移動機(jī)器人模型存在不可控性因而不能用線性控制方法［２］。這樣，對這類系統(tǒng)的非線性控制就顯得十分重要。另外，由于實(shí)際的移動機(jī)器人具有不確定性，文獻(xiàn)［３�玻矗莺臀墨I(xiàn)［５］分別研究了應(yīng)用自適應(yīng)控制和滑模控制解決此問題。盡管使用極坐標(biāo)系能容易地表示出移動機(jī)器人相對于目標(biāo)軌跡的位置和方向，但由于應(yīng)用于軌跡控制的移動機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)方程在極坐標(biāo)系［４�玻罚莸谋憩F(xiàn)形式中可能存在奇異點(diǎn)，所以更多地是采用笛卡爾坐標(biāo)系［３，８］的表現(xiàn)形式。本文針對一個可以在醫(yī)院環(huán)境中執(zhí)行護(hù)理任務(wù)的室內(nèi)移動機(jī)器人�沧o(hù)士助手機(jī)器人，基于極坐標(biāo)系中的運(yùn)動學(xué)方程表達(dá)式，提出了一種新的非完整輪式移動機(jī)器人軌跡跟蹤控制的滑模控制方法。由于運(yùn)動中非完整約束的存在，選擇滑動表面是非常關(guān)鍵的，因?yàn)橐�考慮僅用兩個控制輸入來減小三個跟蹤誤差；再有就是用極坐標(biāo)系進(jìn)行滑動表面的選擇以使得滑模控制器可以對外部擾動進(jìn)行補(bǔ)償。文中分析了整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和執(zhí)行性，并且通過仿真證明了所提出的方法的有效性，即使在存在初始的角度誤差和位置變量誤差的情況下，也能得到較好的跟蹤效果。

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