摘要
轮式移动机器人具有自重轻、结构简单、控制方便等特点，被广泛应用于社会生产、日常生活的各个领域。随着生产力的发展和科学技术的不断进步，对轮式移动机器人的要求越来越高，往往需要多个机器人相互协作完成更加复杂的任务，在这种背景下轮式移动机器人编队控制成为了一个研究的热点。当前针对轮式移动机器人编队控制的研究大都假设机器人运动满足理想非完整约束的条件，即车轮与地面之间不存在纵滑与侧滑，但在实际工作环境中，由于地面湿滑、快速转弯等因素，该假设很难满足，因此本文针对轮式移动机器人在纵滑与侧滑状态下的编队控制展开研究。主要研究内容如下： （1）考虑车轮与地面存在纵向滑动的情况，引入滑动率参数并设计了纵滑自适应编队控制器，实现了轮式移动机器人在纵滑状态下的编队控制。首先，考虑轮式移动机器人车轮与地面间出现纵向打滑的情况，推导出车轮纵向滑动状态下的编队误差模型。其次，基于自适应控制理论设计了车轮纵向滑动状态下的编队控制器，并通过Lyapunov稳定性理论证明了编队系统的稳定性。最后，通过仿真对所提自适应控制器的有效性进行了验证。 （2）考虑车轮与地面存在侧向滑动的情况，设计了基于滑模观测器的快速终端滑模编队控制器，实现了在侧向滑动下轮式移动机器人的编队控制。首先，考虑编队系统中轮式移动机器人存在侧向滑动的情况，建立了侧滑状态下的轮式移动机器人运动学模型，并推导了轮式移动机器人编队误差模型。其次，针对编队系统中未知侧滑干扰设计了滑模观测器，并基于该观测器设计了快速终端滑模编队控制器，使用Lyapunov稳定性定理证明了系统的稳定性。最后，通过仿真对所设计的快速终端滑模编队控制器的有效性进行了验证。 （3）考虑车轮与地面同时存在纵向滑动和侧向滑动的情况，基于分层滑模设计了编队控制器，实现了轮式移动机器人在纵滑与侧滑状态下的编队控制。首先，在轮式移动机器人同时存在纵向滑动和侧向滑动的情况下，推导了轮式移动机器人在极坐标下的运动学模型，并建立了纵向滑动与侧向滑动下的编队误差模型。其次，基于分层控制的方法设计编队控制器，在保证队形稳定的同时实现了姿态跟踪，并通过Lyapunov稳定性理论和拉塞尔不变集原理证明了编队系统的稳定性。最后，通过仿真验证了所提编队控制器的有效性。
NETL