70、两轮轮椅与多机器人协同运输控制策略解析

两轮轮椅与多机器人协同运输控制策略解析

两轮轮椅控制策略

在两轮轮椅的使用场景中，爬台阶是一个常见且具有挑战性的任务。传统方法在爬台阶时存在一些问题，例如难以估计所需扭矩，爬完台阶后轮椅会大幅前移等。为了解决这些问题，提出了一种新的控制策略。

1. 动态模型

   • 采用双倒立摆模型来模拟两轮轮椅和乘客。将轮椅和乘客看作由三个质点（P、G、H）组成的系统，其中P是车轴中心位置，G是轮椅和乘客下半身的重心，H是乘客上半身的重心。
   • 工作区域的状态向量表示为：
     [X = [h_p \ d \ h_{ph} \ ds]^T]
   • 关节空间的状态向量表示为：
     [h = [h_p \ h_w \ h_{ph} \ h_{ws}]^T]
   • 通过求解考虑三个点（P、G、H）耗散能量的拉格朗日方程，计算轮椅的动力学：
     [M(h)\ddot{h} + H(h,\dot{h}) + G(h) + F(h,\dot{h}) = \tau]
     其中，(\tau) 表示扭矩，(M(h))、(H(h,\dot{h}))、(G(h)) 和 (F(h,\dot{h})) 分别表示惯性项、科里奥利项、重力项以及由弹簧和阻尼器计算的项。

2. 提出的控制系统

   • 重力补偿
     • 轮椅在平坦表面行驶和爬台阶时的动力学差异主要在于绕台阶接触点