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基于动力学与控制统一模型的蛇形机器人速度跟踪控制方法研究

郭宪 马书根 李斌 王明辉 王越超

郭宪, 马书根, 李斌, 王明辉, 王越超. 基于动力学与控制统一模型的蛇形机器人速度跟踪控制方法研究. 自动化学报, 2015, 41(11): 1847-1856. doi: 10.16383/j.aas.2015.c140285
引用本文: 郭宪, 马书根, 李斌, 王明辉, 王越超. 基于动力学与控制统一模型的蛇形机器人速度跟踪控制方法研究. 自动化学报, 2015, 41(11): 1847-1856. doi: 10.16383/j.aas.2015.c140285
GUO Xian, MA Shu-Gen, LI Bin, WANG Ming-Hui, WANG Yue-Chao. Velocity Tracking Control of a Snake-like Robot with a Dynamics and Control Unified Model. ACTA AUTOMATICA SINICA, 2015, 41(11): 1847-1856. doi: 10.16383/j.aas.2015.c140285
Citation: GUO Xian, MA Shu-Gen, LI Bin, WANG Ming-Hui, WANG Yue-Chao. Velocity Tracking Control of a Snake-like Robot with a Dynamics and Control Unified Model. ACTA AUTOMATICA SINICA, 2015, 41(11): 1847-1856. doi: 10.16383/j.aas.2015.c140285

基于动力学与控制统一模型的蛇形机器人速度跟踪控制方法研究

doi: 10.16383/j.aas.2015.c140285
基金项目: 

国家自然科学基金(61333016)资助

详细信息
    作者简介:

    郭宪 中国科学院沈阳自动化研究所博士研究生.主要研究方向为蛇形机器人动力学建模与控制.E-mail:guoxian@sia.cn

    马书根 日本立命馆大学机器人系教授,同时为中国科学院沈阳自动化研究所研究员.主要研究方向为仿生机器人,防灾救援机器人,环境适应机构学.E-mail:shugen@se.ritsumei.ac.jp

    李斌 中国科学院沈阳自动化研究所研究员.主要研究方向为仿生机器人,移动机器人,机器人控制.E-mail:libin@sia.cn

    王越超中国科学院沈阳自动化研究所研究员.主要研究方向为机器人学.E-mail:ycwang@sia.cn

    通讯作者:

    王明辉 中国科学院沈阳自动化研究所研究员.主要研究方向为移动机器人,机器人控制,多机器人协作.本文通信作者.E-mail:mhwang@sia.cn

Velocity Tracking Control of a Snake-like Robot with a Dynamics and Control Unified Model

Funds: 

Supported by National Natural Science Foundation of China (61333016)

  • 摘要: 对带有被动轮的蛇形机器人进行速度跟踪控制时,利用传统的动力学建模方法得到的动力学方程复杂且不利于控制器的设计. 本文基于微分几何的方法将带有被动轮的蛇形机器人动力学投影到速度分布空间中, 得到了动力学与控制统一模型, 更有利于速度跟踪控制器的设计. 考虑到蛇形机器人在进行速度跟踪时容易出现奇异位形, 提出增加头部扰动速度的方法. 基于头部扰动速度和统一模型, 提出避免奇异位形的速度跟踪控制方法, 最后通过逆向动力学得到控制力矩. 文中对速度跟踪控制进行了数值仿真和实验验证. 仿真和实验结果表明, 提出的速度跟踪控制方法能够跟踪想要方向的速度, 并且在跟踪过程中可以有效地避免奇异位形.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-04-24
  • 修回日期:  2015-06-13
  • 刊出日期:  2015-11-20

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