基于滑模变结构控制的机器人轨迹跟踪及仿真研究(3)
5) 多传感器系统与信息融合：多传感器及先进的感知算法，将是在现实环境中实现具有高鲁棒性行为及高度灵活性的移动机器人的关键。其具有以下优点：1：多个传感器可以提供同一环境特征的冗余信息；2：可以提供出现在环境中的有关特征的互补信息；3：多个信息可并行快速地分析当前的场景；4：具有高鲁棒性；5：在某传感器发生故障的情形下，能够很快可以重组，重新投入工作。
6) 多移动机器人系统：多移动机器人系统的研究开始于20世纪70年代。随着应用领域的不断拓展与工作环境的复杂度、任务量的加重，对移动机器人的要求不再局限在单个移动机器人。多移动机器人系统的研究可以分为多移动机器人的合作和多移动机器人的协调两大类，主要研究在给定一个任务的前提下，如何组织多个移动机器人去完成该任务，如何分解和分配任务及如何保持移动机器人之间的运动协调一致。目前，多移动机器人体系结构、信息交互、协作机制以及冲突消除等方面将是移动机器人系统进一步研究的方向。
7) 仿生学与仿生机构技术：近年来，全球许多机器人研究机构都针对仿生学与仿生机构开展了研究工作。在生态学的基础上，研究昆虫、爬行动物等自然界生物的各种生存策略与形态，将各种生物的特长用机器人再现。
本毕业设计的题目是：基于滑模变结构控制的机器人轨迹跟踪及仿真研究。主要是针对一类轮式机器人系统，研究运动学模型的建立及滑模轨迹跟踪控制方法，并进行典型给定轨迹下滑模变结构跟踪控制律的仿真研究。
2 轮式移动机器人的建模
2.1 轮式移动机器人建模基础
轮式移动机器人的移动机构为轮子，可以分为两种基本的类型，即传统轮和瑞典轮。传统轮是指轮与地的接触满足纯滚动而不滑动条件的一类轮子；而瑞典轮则是指轮地接触点的速度矢量中只有一个成分的大小为零，其方向相对于基坐标系可能是任意的，但始终与轮子的运动方向相同。传统轮又可分为固定轮，即轮子固定在机构上，方向是不能转动的；偏心方向轮，即轮子方向转动轴不在上述连线上；中心方向轮，即轮子方向转动轴在轮子与机构的固定点和轮子中心的连线上。显然，不同的轮子具有不同的运动能力和不同的约束，因而以不同轮子作为移动机构的轮式移动机器人也会具有不同的移动能力和运动约束。移动能力通常用两个概念来定义，一个是可独立导向的轮子的个数，另一个是速度矢量的文数。
2.2 轮式移动机器人建模的几种方法介绍
从控制理论角度来说，对任何控制系统进行期望的控制或动态仿真，均需要预先建立较为理想的系统模型。随着轮式移动机器人的研究与发展，其运动学的建模方法从最初传统的平面轮式移动机器人运动学建模方法，已发展到用于不规则地形下的轮式移动机器人运动学建模方法。目前运动学模型的建立方法主要有以下3种：
1) 几何法：根据刚体运动时不同刚体、杆件之间的几何约束，建立运动学方程式。例如美国麻省理工学院研制的采样返回漫游车，其运动学模型是基于轮心的高度在轮系中多重表述建立的；
2) 速度表示法：通过描述多刚体运动时不同位置以及不同刚体间的速度关系，建立运动学方程式，这种方法多用于平面移动机器人的运动学建模；
3) 坐标变换法：最早由MUIR等提出的，首先对车体模型建立关节坐标系，利用D.H坐标变换法则建立轮心相对于大地、轮心相对于车体的位置变化关系，然后针对轮式移动机器人多链和闭环的特点，建立车体位置变换关系式，最后将关系式对时间进行求导，建立轮子相对车体的速度雅可比方程式。这种方法后来被应用于不规则地形下轮式移动机器人的运动学建模，但是该建模方法较繁琐，需要进行偏导运算，并且最终得到的雅可比矩阵元素表达式比较复杂，物理意义不明确。
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