四轮独立驱动电动移动平台的运动控制研究文献综述

 2022-10-28 14:50:35

文献综述(或调研报告):

摘要 四轮移动机器人是最常见的一种轮式移动机器人。本文阐述了四轮移动机器人的研究背景以及国内外发展现状,介绍了常见的三种四轮移动机器人的结构。并以自动导航车(AGV)为例,阐述了AGV的研究背景与实验方法,以及它在路径跟踪领域、运动控制方面的相关研究。了解了AGV控制方面现阶段的主要控制策略以及发展情况,以便做出进一步的研究。最后介绍了目前在工业、家庭以及救援领域中AGV的产品应用情况与前景,证明对于四轮独立驱动平台运动控制的研究项目的意义与价值。

关键词 四轮移动机器人,AGV,自动导引方法,运动学模型,运动控制

随着社会发展和科技进步,机器人在当前生产生活中得到了越来越广泛的应用,而轮式移动机器人由于其具有自重轻、承载大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、机动灵活、工作效率高等优点,被大量应用于工业、农业、家庭、空间探测领域。而自动导航车(AGV)作为四轮移动机器人的一个重要发展方向应用更是广泛。因此越来越多的研究人员注重于对四轮移动平台的设计与运动控制研究。

本文在已有文献的基础上,对四轮移动平台的研究背景与现状以及自动导航车(AGV)的发展现状与前景进行了阐述和探讨。

一、研究背景与现状

国外移动机器人的研究始于20世纪60年代,以美国斯坦福国际研究所(Stanford Research Institute,SRI)研制的轮式移动机器人Shakey为标志。至70年代,随着计算机一级传感器等相关技术的发展,移动机器人的发展也开始多元化。而90年代之后,由于网络、信息、控制等技术的助推下,工业化及信息化时代的到来使得移动机器人的发展更加迅速,成果也更加丰富。

国内关于移动机器人的研究起步较晚,主要是高校进行相关的研究,例如:清华大学,浙江大学,同济大学,国防科技大学等。而国家也在“八五”、“十五”期间推出了一系列的发展计划,如863计划等。经过这些年的发展,我国也取得了一些成就。2013年实现月球登录的“玉兔号”月球车,是我国最著名的轮式机器人,是一种六轮移动平台。

轮式移动机器人可以按照车轮数目进行大致的分类,可分为:独轮移动机器人、双轮移动机器人、三轮移动机器人及四轮移动机器人;也有五轮及五轮以上的机器人,但总的来说五轮及五轮以上的机器人应用并不广泛。

四轮机器人虽然结构相对复杂,但因为它在高速运行情况下具有良好的稳定性,且其他领域(如汽车领域)已为其发展提供了成熟的技术,故仍然是轮式移动机器人中最常见的机构,在基础科研、教育、设备制造等方面应用广泛。以下介绍几种具有代表性的四轮移动机器人:1.使用麦克拉姆轮的全方位移动机器人,典型代表为库卡(KUKA)公司研制的YouBot机器人;2.使用八个电机分别控制四个车轮以实现独立驱动与独立转向结构,典型代表为MobileRobots研究的Seekur清扫机器人;3.使用对称的两轮进行差速方式驱动,其他两轮为万向轮,其典型代表为Willow Garage设计的TurtleBot开放式移动机器人平台[1-5]。

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