面向重型轮式移动机器人系统可用性与连续运行的容错控制

当重型轮式移动机器人（HD-WMR）的控制系统发生故障时，会偏离理想运动，显著增加越野失稳和代价高昂的损坏风险。为满足 HD-WMR 对安全性、可靠性和可控性的需求，控制系统必须在一定程度上容忍故障，确保连续运行。为此，本文引入一种无模型分层容错调节（MFHCA）框架，旨在解决具有独立控制车轮的液压驱动 HD-WMR 中的传感器和执行器故障。首先，研究了一种新颖的 HD-WMR 运动动力学数学表示，该表示同时包含了传感器和执行器故障模式。随后，提出 MFHCA 框架来管理各种故障模式下的所有车轮，确保每个车轮跟踪参考驱动速度和转向角，这些参考值由 HD-WMR 基座坐标系中指令的角速度和线速度通过逆运动学映射得到。为此，该框架在独立阀控车轮中产生适当的功率输出，以适应性地隔离故障，从而确保指数稳定性。在 6,500 公斤液压驱动 HD-WMR 上，针对各种故障模式和崎岖地形进行的实验分析验证了 MFHCA 框架的有效性。