多台全方位移动机器人协作搬运系统的各向运动相异性能场研究

With the Nonholonomic constraints, the traditional mobile robots exists poor flexibility and low efficiency for the cooperative transportation in narrow workspace. For this problem, the cooperative transportation method for omnidirectional mobile robots (OMRs) with holonomic constraints is explored. Begin with the analysis of kinematics and dynamics, we studied the anisotropy of OMRs and the impact on the movement, and established the anisotropy function to represent the motion effect in each direction. In order to solve the high-speed bottleneck problem for OMRs, we proposed the Fuzzy Sliding Mode Control method (FSMC) and the coordinated motion control method, solved the speed coordination control problem for multi-axis in high-speed motion, and also the high-stability problem. By building the movement performance function for the cooperative transportation system, and designing the fitness function to represent the motion effect of OMRs, we proposed the path planning method for cooperative transportation based on the improved genetic algorithm, which is suitable for OMRs. Then the characteristics of each robot can be met among the multi-robot cooperative transportation system. In this research, we explored the cooperative transportation method for OMRs, which are the theoretical methods for OMRs’ entry into the field of industrial automation.

针对传统非完整约束移动机器人在狭小工作空间中协作搬运存在的灵活性差、效率低等问题，探索完整约束的全方位移动机器人协作搬运机制。从运动学、动力学特性分析建模入手，研究全方位移动机器人特有的各向相异性及对运动的影响，探索表征各向运动效果的相异性函数的构建问题；提出基于各向相异性的模糊滑模变结构控制及多轴协调控制方法，解决全方位移动机器人高速下的多轮协调、运动稳定性等瓶颈问题；提出全方位移动机器人协作搬运系统运动性能场函数的概念并研究其构建方法，设计表征全方位移动机器人各向运动特征的适应度函数，实现基于改进型遗传算法的适合多台全方位移动机器人协作搬运的路径规划，满足多机器人协作搬运互动系统中机器人自身的特性约束。通过探索全方位移动机器人所特有的协作搬运方法，为加快其进入工业自动化领域步伐提供基础理论。

针对多台全方位移动机器人协作问题，根据其运动学、动力学特性，重点研究全方位移动机器人各向相异性以及协同作业的运动性能场函数，根据其机理合理规划多机器人系统协作踢球时的路径，并提出了适合完整约束型移动机器人的运动控制方法，避免了全方位移动机器人运动缺陷。提出基于各向相异性的模糊滑模控制方法，实现各轮子加减速过程中的运动速度匹配，减少打滑现象，解决全方位移动机器人高速瓶颈问题，即在高速下的多轴速度协调问题以及高速运动时的稳定性问题，充分发挥了全方位移动机器人灵活性等运动优势；实现利用全方位移动机器人进行协作踢球任务时的路径规划方法，解决了协作过程中的精确同步协调问题。在小型组足球机器人、RoboMaster机器人等竞赛机器人应用中，相关研究成果得到了充分体现，通过优化全方位移动机器人运动底盘的悬挂系统等结构设计，以及应用基于各向相异性的多机器人协同作业方法，在各类竞赛中均获得了非常好的成绩，充分证实了相关研究的实用性。