43、四轮人形二阶全向轨迹级联控制

四轮人形二阶全向轨迹级联控制

1. 引言

轮式移动机器人在众多领域有着广泛应用。在平坦且结构规整的地面上，轮式机器人表现出色，相比双足步行机器人，它们速度更快、定位更高效，且在机械能需求方面通常更具优势。

在许多机器人应用场景中，特别是在复杂环境里，全向滚动移动能力能让机器人轻松改变身体姿态，无需明确的偏航控制就能朝任意方向移动。如今，全向轮在移动机器人领域的应用需求日益增长，因其能向任意方向移动，尤其适用于结构规整的狭窄空间。与传统轮子相比，全向轮的运动学约束更少，能赋予机器人更广泛的移动范围和出色的机动性。

全向轮机器人在不同领域的应用案例众多且意义重大：
- 个人辅助 ：作为行走辅助工具，为行走不便的人提供引导和动态支持。
- 社交辅助 ：实现人机交互，提供社交协助。
- 医疗保健 ：为轮椅提供全向运动能力。
- 工业应用 ：作为工业工作空间中的全向车辆操纵器，实现自主物料室内运输等。
- 体育训练 ：为球拍运动提供协助和训练。
- 家庭服务 ：作为家庭助手，完成各种家务任务。

本文聚焦于类人机器人的轨迹跟踪模型，采用了带有四个异步滚动驱动的麦克纳姆轮平台，并在其上安装了两个具有三个关节的上肢模型。主要贡献在于开发了一种三级级联运动学轨迹跟踪控制器，每个级联由机器人运动学模型的不同阶导数构成。同时，基于轮子编码器和惯性测量单元，采用确定性方法开发了不同的观测器来辅助控制。