6、机器人控制器的进化设计

机器人控制器的进化设计

1. 引言

在为移动机器人设计最优伺服控制器时，传统方法通常使用状态和控制输入的二次成本函数。这种方法需要设计者整合两个未知的对称加权矩阵 ( Q ) 和 ( R )，它们的选择与性能规范的联系较为微弱，通常需要通过试错来获得令人满意的设计结果。此外，基于代数 Riccati 方程的解法复杂且间接，使得设计过程繁琐。为了简化这一过程，本文探讨了使用进化算法自动调整稳定的最优增益，以简化设计并提高效率。

2. 具有两个独立驱动轮的移动机器人

假设移动机器人在工作空间中刚性移动，并且它具有两个独立驱动轮。其物理模型和运动学方程如图 6.1 所示。机器人的动态特性可以表示为：

[
\begin{aligned}
& \text{机器人方位角（或旋转）角度：}\theta(t) \
& \text{机器人平移（或线性）移动速度：}v(t) \
& \text{右轮和左轮的操纵输入扭矩：}u_r(t) \text{ 和 } u_l(t) \
& \text{轮子的旋转角度：}\omega_r(t) \text{ 和 } \omega_l(t) \
& \text{轮子的驱动力：}D_r \text{ 和 } D_l \
& \text{机器人的质量：}M \
& \text{任意轮子与机器人质心（c.g.）之间的距离：}L \
& \text{轮子的粘性摩擦系数：}c \
& \text{轮子的半径：}r \
& \text{机器人质心的转动惯量：}I_v