基于ICR的履带车辆路径跟踪与转向控制算法研究

针对丘陵山区单边制动农用履带车辆路径跟踪精度低、控制次数多、转向偏差大等问题,本文开展不同负载条件下履带车辆路径跟踪控制研究。首先,对履带车辆的转向运动学进行理论分析,并建立履带车辆运动学模型;其次,根据履带车辆单边制动转向特性,提出一种基于瞬时旋转中心(Instantaneous center of rotation, ICR)的大角度转向控制算法,该算法能够根据规划路径的转向点位置与履带车辆转向瞬心,规划出最优的转向目标点,并控制履带车辆在该转向目标点一次性转向到所需航向,与此同时,完成转向控制器设计;最后,开展履带车辆在3种不同负载条件下的仿真试验与田间试验。仿真结果表明,大角度转向控制算法产生的跟踪路径平均误差面积与平均转向控制次数分别降低68.95%、68.77%;田间试验结果表明,大角度转向控制算法产生的跟踪路径平均横向偏差均值、平均转向控制次数与转向点处平均最小偏差分别减少57.27%、33.93%、62.29%,且路径跟踪效果更优,验证了大角度转向控制算法的有效性。试验结果满足履带车辆路径跟踪的要求,为实现农用履带车辆的路径跟踪提供理论基础与参考。

双前桥转向车辆操纵稳定性分析

建立了双前桥转向车辆的线性二自由度车辆模型,进行了理论分析和数学公式推导。以某8X4载货车为例,基于最小转弯直径范围确定转向瞬心位置区间,讨论了转向瞬心位置对车辆稳态响应和瞬态响应的影响。

基于IMU的机器人滑移轨迹优化研究

差速移动机器人在转向过程中容易受到不稳定地面影响而出现滑移现象。为了减少滑移影响,提高机器人的转向控制精度,提出一种机器人瞬心闭环控制方法。首先根据移动机器人转向特性建立其滑移模型,由此推导出差速转向瞬心和滑移率计算公式;对机器人搭载的惯性测量单元(IMU)建立瞬心测量模型,并依据转盘实验结果验证模型的有效性;结合两种模型,实现对机器人差速运动指令的瞬心闭环控制,并以Turtlebot为测试平台进行轨迹优化实验。实验结果表明:使用瞬心闭环控制的机器人轨迹误差更小,控制更精确。