19、蛇形机器人路径跟踪与导航策略研究

蛇形机器人路径跟踪与导航策略研究

1. 直线路径跟踪实验研究

1.1 实现问题

在直线路径跟踪实验中，路径跟踪控制器基于简化模型的关节坐标（线性连杆位移），这与物理蛇形机器人的关节坐标（关节角度）不同。不过，由于旋转连杆运动能产生简化模型所捕捉的线性位移，所以使用该路径跟踪控制器来控制物理蛇形机器人是合理的。

简化模型主要用于描述具有旋转关节的蛇形机器人的定性行为，其定量行为由地面摩擦系数 (c_t) 和 (c_n) 以及旋转参数 (\lambda_1) 和 (\lambda_2) 的数值决定。但这些参数反映了实验中物理蛇形机器人的特定属性，其值未知。因此，将 (\lambda_1) 和 (\lambda_2) 作为控制器增益来实现物理机器人的控制。

此外，地面摩擦系数和旋转参数的未指定值使得无法确定坐标变换距离 (\epsilon)，实验中设置 (\epsilon = 0)，即测量横向误差为 (p_y = p_y)。基于对该参数的解释，(\epsilon) 值预计较小，从机器人质心或距质心小距离 (\epsilon) 处测量横向误差，控制器性能相似。并且当蛇形机器人相对于路径的航向接近零时，(\epsilon) 对横向误差几乎无影响。

1.2 物理蛇形机器人路径跟踪控制器的实现

实验设置包括蛇形机器人 Wheeko 和基于相机的位置测量系统。蛇形机器人的路径跟踪控制器在外部计算机上根据 (8.17)、(8.23) 和 (8.25) 实现。由于蛇形机器人中的伺服电机不支持精确的扭矩控制，未实现由 (8.19) 和 (8.20) 给出的关节扭矩控制器，而是在每个关节模块的微控制器中实现比例控制器来控制关节角度。 <