一种用于刚性、可分离非完整移动机器人联合规划与控制的调和势场方法

本文的主要目标是提供一种在移动机器人伺服层面执行路径规划的工具。以可证明正确的方式在伺服层面执行如此复杂的任务，能够大幅提升运行速度、降低能耗并提高响应质量。规划传统上仅限于机器人的高层控制器。来自该阶段的引导速度信号通常使用所谓的电子调速器（ESC）转换为控制信号。本文展示了调和势场（HPF）方法能够为静止、杂乱环境中的刚性非完整机器人，生成可证明正确、受约束且性能良好的轨迹和控制信号。研究表明，基于 HPF 的伺服层面规划器可以应对现实规划情境中面临的大量挑战。所建议的方法将 HPF 规划器解轨迹丰富且可证明正确的特性迁移至机器人的轨迹。这是通过一个同步控制信号实现的，其目标是将机器人在其局部坐标系中的速度与 HPF 梯度的方向对齐。两者之间的联系通过使用本文所称的可分离形式来表示机器人而成为可能。用于操控机器人的上下文相关且目标导向的控制信号，被证明在执行器噪声、饱和及参数不确定性存在的情况下性能良好且鲁棒。本文阐述了该方法的开发过程，提供了正确性证明，并通过仿真结果展示了该方案的性能。