脚轮式全向移动平台的运动控制设计与仿真

摘要

针对装配有3个单电机脚轮的全驱动全向移动平台(以下简称平台)运动控制问题,首先,采用正交分解法,根据纯滚动约束条件建立平台运动学模型;对于速度雅可比矩阵不可逆时平台处于奇异位形,失去全向移动能力的问题,通过耦合转角运动学和转向角运动学,设计耦合因子识别平台当前位形和奇异位形靠近程度,动态调节平台摆脱奇异位形.其次,采用拉格朗日法建立平台动力学模型,分析动力学Matlab仿真结果,消除转向角对平台的影响,合理简化动力学模型.最后,设计基于逆动力学的双闭环模糊PID控制策略使平台跟踪期望速度.仿真结果表明,耦合运动学模型可驱动平台产生特定运动方式摆脱奇异位形;动态耦合因子可减小转速超调量,降低驱动轮响应时间;在基于逆动力学的双闭环模糊PID控制策略作用下,平台实际速度能够快速稳定的收敛于期望速度.