一种基于2D激光的差速车滑模控制算法

摘要

从2015年至今，智能工业移动机器人发展迅猛，并基于新一代的可移动底盘技术衍生出诸多产品，如潜伏式物流机器人、工业叉车机器人、工业巡检机器人等，这些产品在各个领域得到广泛应用。现有产品更倾向于以差速驱动底盘为主体，通过深入研究导航问题，针对难点和痛点进行策略上的优化和创新。目前市面上工业物流移动机器人的定位精度可以达到±5 mm,代表者有新松机器人、海康机器人、极智佳机器人，而有的场景甚至要求1 mm的定位精度，这无疑是一个技术难点问题。本文同样以差速模型为研究对象，目标是实现AGV轨迹跟踪偏差的快速收敛(达到50 ms的动态响应速率),且重复定位精度可以达到±3 mm,并且可以通过修订控制参数实现单独对x或者y方向偏差量的控制。通过研究局部路径跟踪的相关技术，一方面，多角度分析适用于差速底盘的轨迹跟踪算法并提出一种滑模控制算法，通过创新性地提出一种态平面系统，最优化误差收敛表现、解决控制参数互耦的问题；另一方面，基于一款真实的差速移动底盘，将该轨迹跟踪算法编程化并应用于其主控板中，通过跟随三阶贝塞尔曲线以验证算法的有效性。本文展示了滑模算法推导过程，并应用于实体AGV,获得了真实的小车轨迹跟踪数据，实验数据验证了该创新态平面有效地解决了x与y偏差量的解耦问题，并且达到了重复定位精度的目标要求±3 mm。

关键词

轨迹跟踪 / 自主导引小车 / 差速移动机器人 / 滑模控制算法 / 移动机器人位姿预测