26、全向平台非线性视觉伺服控制的位姿估计

全向平台非线性视觉伺服控制的位姿估计

1. 引言

移动机器人凭借其在速度、机动性和平衡方面的出色表现，能够在特定空间内移动并执行探索和导航等活动，因此在教育、研究、工业和国防等领域得到了广泛应用。移动机器人可分为陆地、水上和空中三类，其中陆地机器人中的全向机器人以其在复杂场景中的卓越机动性和移动性，适用于多个领域，例如在军事领域，它们可用于人类难以进入的危险环境。

全向机器人的位姿估计（位置和方向）对于在结构化和非结构化环境中的轨迹跟踪至关重要。常用的位姿估计技术包括：
- 里程计 ：利用车轮旋转信息来估计位置随时间的变化。它基于简单方程，使用安装在机器人车轮上的编码器数据，假设车轮的旋转可转化为相对于地面的线性位移。
- 视觉伺服控制 ：利用视觉信息（如图像中的像素、线条或区域）来控制机器人的运动。相机可安装在移动机器人上或固定在其工作环境中。

在移动机器人中，可根据其运动学和动力学模型实现不同的控制算法，如滑模、神经、模糊等非线性控制器，以完成特定任务并在存在干扰时高效运行。

2. 材料与方法

2.1 运动学建模

为获得全向平台的运动学模型，考虑一个全向平台，它使用两个线性速度（分别对应前后轴和左右轴） μl、μf 以及一个角速度 ωψ 绕 z′ 轴旋转。这些速度应用于参考点 ，该点与全向平台的惯性中心 相距距离 a。

全向平台考虑操作点位移的运动学模型定义为：
[
\begin{bmatrix}
\dot{x} a \
\dot{y}_a \