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非完整約束微型爬壁機器人的設計與控制

　　　　　　　　　　Hans Dulimarta and R.L. Tummala
　　　　　　Department of Electrical and Computer Engineering
　　　　　　　　　　　　Michigan State University
　　　　　　　　　　　　　East Lansing, MI 48824
　　　　　　　　　　　　　　　　　　USA
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
摘要 本文介紹了一種爬壁移動機器人非完整運動規(guī)劃的新模式。重點講述的是雙足微型爬壁機器人運動規(guī)劃問題。相對于其他現(xiàn)有模型，此模型的主要鮮明特點是存在非單個方程組以及分段連續(xù)性。雙足結構的機器人需要用一套完整的雙重運動方程和非完整約束來動態(tài)建模。該非完整特性的限制也證明了使用F'robenius定理[1]的一個推論，而基于這些非完整約束的雙足機器人也驗證了使用Lie代數控制[2]。
　　　欠驅動設計的選擇有助于機械結構不完整的特性。這種設計已被證明可以有效的使機器人機動能力不變，但是可以減輕其自身重量。但是，這種機器人的運動規(guī)劃要比全驅動機器人更難。
　　
1 說明
　　　最近十年一直在積極研究非完整運動規(guī)劃。在文獻中，拖車式（或非拖車式）和汽車類輪式機器人在這個領域中作為一個運動規(guī)劃的模型使用了這個方法[2，12]。拖車式和汽車類輪式機器人的非完整機構被作為一個藍本，因為他們的一套運動學方程和非完整約束在高維的定義。
　　　在非完整運動規(guī)劃中，一個受理的配置空間路徑不總是和一個機器人可行的路徑相同。非完整約束可以使機器人避免走這樣的路徑。非完整運動規(guī)劃的另一個特點是控制空間和配置空間的大小差異，控制空間的尺寸比配置空間的尺寸維數小。為了解決上述運動規(guī)劃系統(tǒng)中的問題，要利用非線性控制和微分幾何兩種方法。