摆驱动球形机器人的摆动控制

球形机器人可在敌对、杂乱环境中进行监视而不受损坏，因为其保护壳可安全容纳相机等传感器。然而，当这些球形机器人在低速运行时会出现横向振荡（亦称摆动），导致相机反馈抖动。摆驱动球形机器人中的这些振荡是由非完整约束导致的前进与转向运动之间的耦合引起的。由于其欠驱动特性，设计限制此类机器人摆动的控制器颇具挑战。我们提出一种基于模型的控制器，利用由圆弧和直线组成的无摆动转向机动来操控摆驱动球形机器人。该模型使用Lagrange-D'Alembert方程建立，并考虑了耦合的前进与转向运动。进一步分析该模型以推导圆弧运动期间曲率半径、进动率、摆动幅值和摆动频率的表达式。最后，我们设计了基于输入-输出反馈线性化的控制器来控制机器人的航向与摆动。总体而言，所提控制器使远程操作员能根据期望转弯半径指令特定的前进速度与摆角，同时将机器人的横向振荡限制在较低水平，以提升相机反馈质量。