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AmigoBot机器人拦截控制方法实现 　　摘 要 　　本文采用纯比例导航算法，设计控制策略实现拦截控制。针对移动机器人平台，用一台本地计算机作为控制器，和两台AmigoBot机器人组成一个无线局域网，基于无线通信方式传输数据，从而实现对机器人的远程控制。文中通过分别给出机器人运动数学模型和位姿误差模型，利用给定的控制策略实现拦截。仿真结果验证了给定控制策略的有效性。 　　【关键词】纯比例导航 拦截 AmigoBot移动机器人 远程控制 　　1 引言 　　近年来，典型的机器人学研究工作包括可控性、路径规划、队形控制、轨迹跟踪和拦截等。 　　轨迹跟踪问题一直受到关注，有许多相关研究方法：逆推控制方法比较典型，此外，由于机器人存在非完整性约束，滑模控制方法也是应用广泛的方法。 　　对于机器人拦截问题，主要的研究方法：利用几何规则与运动方程相结合设计控制策略；基于视觉利用圆形导航算法实现拦截等。文献[3]利用纯比例导航算法，实现了在无线传感器网络中对运动目标跟踪和拦截的理论模型分析。 　　本文研究工作是基于文献[3]中的纯比例导航算法设计控制策略，实现拦截控制。 　　2 移动机器人动态模型 　　2.1 机器人模型 　　二维X-Y平面坐标系下，机器人运动模型数学表达式为： 　　（1） 　　其中[x（k），y（k），θ（k）]T为机器人k时刻的位姿状态值，v（k）和w（k）分别为机器人k时刻的线速度和角速度，T是采样时间。 　　2.2 机器人位姿误差模型 　　领航机器人和跟随机器人k时刻的位姿状态值分别表示为： 　　[x1（k），y1（k），θ1（k）]T和[xf（k），yf（k），θf（k）]T，二者的位姿误差表示为[xe（k），ye（k），θe（k）]T。基于坐标变换，机器人位姿误差方程表示为： 　　（2） 　　3 拦截控制策略设计 　　移动机器人拦截控制策略是通过寻求特定有界控制输入，使得机器人位姿误差有界。设K为拦截完成时间，有如下条件表达式： 　　（xe（k） ye（k））T=0 （3） 　　3.1 拦截机器人运动模型 　　拦截机器人运动模型如下： 　　（4） 　　其中[x（k），y（k），θ（k）]T为拦截机器人 k时刻的位姿状态值，vi（k）和wi（k）分别为拦截机器人k时刻的线速度和角速度，Ti是采样时间。 　　3.2 纯比例导航算法 　　拦截运动过程中，目标机器人按照规划好的路径自主运动，其初始控制输入为（vt，wt）T。运动过程中k时刻，目标机器人和拦截机器人的坐标位置分别表示为：[xt（k），yt（k）]T、 [xi（k），yi（k）]T，则两机器人之间相对距离Si，t和相对方向角θi，t可分别表示为： 　　（5） 　　（6） 　　则相对角速度wi，t为： 　　（7） 　　基于纯比例导航算法，拦截机器人控制输入可设计为： 　　ui（k）=wi，t（k） （8） 　　拦截运动实现还需要满足一个条件是拦截机器人运动vi大于目标机器人运动速度vt，即：vivt。当实现拦截控制时，两机器人之间相对距离sit趋于零，从而满足条件方程式（3）。 　　4 实验结果 　　实现拦截的初始控制输入如下：目标机器人和拦截机器人初始位姿信息分别为：[0m，0m，0°]T、[-1m，2m，0°]T。目标机器人初始控制输入为：[160mm/s，-10d/s]T，其运动轨迹为圆。拦截机器人初始线速度为180mm/s。运动过程采样时间设为Ti=1s。 　　条件方程式（3）基于忽略机器人体积大小时成立，考虑到实体机器人的体积大小，当实现拦截控制时，其位姿误差信息近似为零。通过提取两机器人运动位姿信息，得图1，近似满足条件方程式（3）。 　　5 结论 　　文中利用纯比例导航算法设计控制策略，控制两机器人实现拦截。通过实验验证了给定控制策略的可行性，为以后实现更为复杂的多机器人运动协调问题打好了基础。 　　参考文献 　　[1]Z. P.Jiang，H.Nijmeijer.Tracking control of mobile robots：A case study in backstepping[J].Automatica， 1997，33（7）：1393-1399. 　　[2]J.M.Yang，J.H.Kim.Sliding mode motion control of nonholonomic mobile robots[J].IEEE Control Systems，1999，19（2）：15-23. 　　[3]K.Alkharabsheh，W.D.Xiao，F.Lewis，M.Manry.Target tracking and interception i