常　江，孟慶鑫
哈爾濱工程大學機電工程學院，黑龍江哈爾濱　

佳木斯大學機械工程學院，黑龍江佳木斯

摘　　　要：由于輪式移動機器人的非完整性質和運動受限性質，它的軌跡跟蹤已經成為一類具有挑戰性的控制問題。針對一個可以在醫院環境中執行護理任務的室內移動機器人�沧o士助手機器人，提出一種輪式移動機器人的軌跡跟蹤滑模控制方法。由移動機器人在極坐標系中的運動學方程出發設計一個滑模控制器，進而提出了一種新的滑模控制方法，解決了在極坐標系中關于運動學的跟蹤問題。分析了此方法的穩定性和執行性能，并且通過仿真證明這個控制方法的實際應用的有效性。

關　鍵　詞：輪式移動機器人；非完整；滑模控制；軌跡跟蹤

１　引　言
輪式移動機器人（ＷｈｅｅｌｅｄＭｏｂｉｌｅＲｏｂｏｔ，ＷＭＲ）具有廣泛的實際應用背景，對它的跟蹤控制已經進行了大量的研究［１］。由于輪式移動機器人運動受限性質，它只能做純滾無滑運動，此即非完整約束。特別地，線性化的移動機器人模型存在不可控性因而不能用線性控制方法［２］。這樣，對這類系統的非線性控制就顯得十分重要。另外，由于實際的移動機器人具有不確定性，文獻［３�玻矗莺臀墨I［５］分別研究了應用自適應控制和滑模控制解決此問題。盡管使用極坐標系能容易地表示出移動機器人相對于目標軌跡的位置和方向，但由于應用于軌跡控制的移動機器人的運動學方程在極坐標系［４�玻罚莸谋憩F形式中可能存在奇異點，所以更多地是采用笛卡爾坐標系［３，８］的表現形式。本文針對一個可以在醫院環境中執行護理任務的室內移動機器人�沧o士助手機器人，基于極坐標系中的運動學方程表達式，提出了一種新的非完整輪式移動機器人軌跡跟蹤控制的滑模控制方法。由于運動中非完整約束的存在，選擇滑動表面是非常關鍵的，因為要考慮僅用兩個控制輸入來減小三個跟蹤誤差；再有就是用極坐標系進行滑動表面的選擇以使得滑模控制器可以對外部擾動進行補償。文中分析了整個控制系統的穩定性和執行性，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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