四舵輪移動機器人具有良好的適應性和機動性。本書以工業(yè)場景下運行四舵輪移動機器人為研究對象，重點研究了動力學/運動學模型的多模式異步切換，提高了運行的靈活性；進一步，研究分數(shù)階的自主避障跟蹤方法，實現(xiàn)高動態(tài)場景運行的適應性；同時，在保障運行方面，通過參數(shù)自適應調整并對擾動進行估計和補償，提高了運行的魯棒性和穩(wěn)定性；在設備檢測方面，實現(xiàn)了車輛故障的自動檢測，并設計了容缺的控制方法；*后，在集成的四舵輪移動機器人上，考慮了定位不確定性，設計了動態(tài)補償?shù)耐？糠桨�，實現(xiàn)精準�？�，滿足上下料要求。本書的定位為機械、自動化及相關專業(yè)的本科高年級以上水平讀者易讀懂、用得上的參考書,主要讀者對象為在讀研究生、高校教師及科研人員
本書以工業(yè)場景下運行四舵輪移動機器人為研究對象，重點研究了動力學/運動學模型的多模式異步切換，提高了運行的靈活性；進一步研究分數(shù)階的自主避障跟蹤方法，實現(xiàn)高動態(tài)場景運行的適應性；同時，在保障運行方面，通過參數(shù)自適應調整并對擾動進行估計和補償，提高了運行的魯棒性和穩(wěn)定性；在設備檢測方面，實現(xiàn)了車輛故障的自動檢測，并設計了容缺的控制方法；*后，在集成的四舵輪移動機器人上，考慮了定位不確定性，設計了動態(tài)補償?shù)耐？糠桨�，實現(xiàn)精準�？�，滿足上下料要求。
智能制造是世界各大國發(fā)展先進制造技術與產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性制高點，為我國從制造大國跨越成為制造強國提供了開道超車、跨越發(fā)展的重大歷史機遇。移動機器人技術作為智能制造的重要賦能技術，能夠降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，廣泛應用于人機協(xié)作、無人工廠乃至國防科技等領域，是智能制造業(yè)的重要支柱。其技術發(fā)展水平是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志，具有重要的戰(zhàn)略意義。目前，移動機器人普遍采用雙驅差速輪和四驅麥輪（麥克納姆輪）等驅動方式，其中雙驅差速輪無法斜行，當物流停靠站點密集時需反復繞圈轉向，運行速度低，效率低；而四驅麥輪與地面接觸面積的非均勻變化易導致機器人振動，平穩(wěn)性以及地面適應性差，難以滿足智能制造場合高速移動、頻繁啟停的高性能運行需求。有鑒于此，本書針對智能制造領域中的運載操作一體化運行需求，提出四輪獨立驅動、四輪全轉向的輪轂電機冗余驅動方式，其在靈活性、承載能力、環(huán)境適應性等方面具有明顯優(yōu)勢。從四輪轉角分配分析，移動機器人可配置在原點回轉、斜行以及可調節(jié)式阿克曼等模式。各模式差異化動態(tài)特性，一方面可避開奇異位形與障礙物，提高機器人對復雜動態(tài)環(huán)境的適應性和運動靈活性；另一方面為多模式自適應切換提供可能，以期達到改善控制精度的目的。本書以四舵輪移動機器人為研究對象，主要包括9章內容，為智能制造、移動機器人、控制理論及應用等領域的技術人員和專家學者提供必要的參考。第1章是移動機器人概述，使讀者對移動機器人特別是四舵輪移動機器人系統(tǒng)有基本的了解。第2章主要介紹了四舵輪移動機器人的運動學和動力學模型，為后續(xù)運動控制器的設計奠定基礎。第3章和第4章分別基于運動學和動力學兩個方面對四舵輪移動機器人進行了多模式異步切換控制器的設計。第5章至第9章主要介紹了四舵輪移動機器人避障跟蹤控制、增益自調整魯棒控制、擾動自補償解耦控制、分布式力矩容錯分配和�？空`差迭代自補償?shù)�，同時還列舉了四舵輪移動機器人的典型應用案例。本書是作者團隊在移動機器人和機器人無人技術方面取得的成果總結，可作為有志于開發(fā)移動機器人在物流、移動加工、物料運輸?shù)刃袠I(yè)中的應用的技術人員的參考書，也可幫助對移動機器人感興趣的讀者快速入門，加深其對移動機器人運動過程的理解，還可供從事移動機器人通用技術的研究者參考。本書由華中科技大學謝遠龍、王書亭和武漢紡織大學蔣立泉共同撰寫。此外，本書的出版還得到了張鴻洋、王宇翔、程祥等的支持與幫助，在此一并表示衷心的感謝。由于作者水平有限，書中可能存在不妥之處，敬請各位專家、讀者批評指正。謝遠龍 王書亭 蔣立泉2022年12月
謝遠龍，博士，籍貫江西贛州，華中科技大學機械學院講師、碩士生導師。2014年6月獲得華中科技大學電氣工程及其自動化專業(yè)學士學位。2018年12月獲得華中科技大學機械電子工程專業(yè)博士學位。2017年11月至2018年4月受學校資助在英國利茲大學進行交流訪問。2018年12月至2021年8月在本院國家企業(yè)信息化支撐軟件工程技術研究中心開展博士后工作。主要研究方向包括智能控制、移動機器人、智能制造和自主無人系統(tǒng)等領域。近五年以來，在IEEE TIE, IEEE TIM, IEEE-ASME TMECH, RCIM, ACC, AIM, CCC等期刊/會議發(fā)表SCI/EI 論文90余篇（其中一作/通訊作者發(fā)表SCI論文25篇，SCIE高被引論文1篇，權威期刊封面論文1篇），合著專著1本，申請/授權發(fā)明專利45項。
1移動機器人概述(1)
1.1引言(1)
1.2移動機器人定義(1)
1.3移動機器人的傳感器(6)
1.3.1移動機器人常用傳感器分類(6)
1.3.2常用傳感器介紹(6)
1.4移動機器人的應用場景(9)
參考文獻(13)
2四舵輪移動機器人運動學和動力學模型(16)
2.1概述(16)
2.2四舵輪移動機器人平臺模型(17)
2.3移動機器人運動學建模(19)
2.4移動機器人動力學建模(20)
參考文獻(21)
3基于運動學的多模式異步切換控制(23)
3.1問題描述(23)
3.2統(tǒng)一無顫振積分滑模控制方法(23)
3.3多模式匹配異步切換控制(28)
3.3.1多模式層級異步切換監(jiān)督判據(jù)(28)
3.3.2多模式層級異步切換邏輯準則(29)
3.3.3穩(wěn)定性和收斂性證明(31)
3.4效果分析(34)
參考文獻(42)
4基于動力學的多模式異步切換控制(45)
4.1問題描述(45)
4.2基于狀態(tài)觀測器的切換信號采樣機制(45)
4.2.1延時環(huán)境下多模式異步切換模型(45)
4.2.2切換系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定狀態(tài)觀測器設計(47)
4.2.3離散時間切換信號采樣機制(48)
4.3采用外部信號的時變延時估計(49)
4.3.1外部信號辨識性分析(49)
4.3.2基于高階滑模的無偏延時估計(51)
4.4多模式異步切換控制器設計(53)
4.4.1延時的異步切換控制器分段設計(53)
4.4.2多模式異步切換過程穩(wěn)定性分析(54)
4.5效果分析(60)
4.5.1時變延時的結果估計(60)
4.5.2多模式異步切換仿真測試(61)
參考文獻(65)
5分數(shù)階自主避障跟蹤控制(67)
5.1問題描述(67)
5.2分數(shù)階耦合滑�？刂破髟O計(67)
5.2.1分數(shù)階微積分理論(67)
5.2.2分數(shù)階耦合滑模控制律設計(71)
5.2.3分數(shù)階耦合滑�？刂茀�(shù)整定(73)
5.2.4與現(xiàn)有控制方法比較(74)
5.3基于斥力場避障跟蹤控制器設計(74)
5.3.1基于斥力場的避障軌跡生成(74)
5.3.2穩(wěn)定性和收斂性證明(76)
5.4效果分析(81)
參考文獻(87)
6增益自調整魯棒控制(89)
6.1問題描述(89)
6.2超螺旋耦合滑模控制器設計(89)
6.2.1考慮時變擾動的復合滑模面構建(89)
6.2.2變增益超螺旋滑�？刂破髟O計(90)
6.2.3變增益超螺旋滑�？刂破骺箶_分析(96)
6.3非線性模型預測的控制器設計(97)
6.4分層控制器設計(98)
6.4.1集成控制器設計(98)
6.4.2控制參數(shù)選擇(99)
6.5效果分析(100)
參考文獻(103)
7擾動自補償解耦控制(105)
7.1問題描述(105)
7.2動力學模型解耦(105)
7.2.1逆系統(tǒng)解耦的存在性條件(105)
7.2.2四舵輪移動機器人橫向動力學模型逆系統(tǒng)解耦(107)
7.3多層模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的擾動估計(109)
7.4自補償擾動控制器設計(111)
7.4.1分數(shù)階滑模面構建(111)
7.4.2超螺旋滑�？刂破髟O計(111)
7.4.3擾動自補償集成控制方案設計(113)
7.5效果分析(114)
7.5.1逆系統(tǒng)解耦測試(114)
7.5.2自補償擾動抑制仿真測試(114)
參考文獻(118)
8分布式力矩容錯分配(120)
8.1問題描述(120)
8.2執(zhí)行器驅動故障模型(120)
8.3基于模型預測控制的力矩分配(121)
8.4效果分析(124)
參考文獻(129)
9�？空`差迭代自補償(132)
9.1問題描述(132)
9.2手眼一體化位姿測量(132)
9.2.1目標姿態(tài)測量(134)
9.2.2相對姿態(tài)計算(135)
9.2.3�？空`差計算(136)
9.3�？空`差離線預處理(136)
9.4基于迭代學習的誤差補償(138)
9.5效果分析(140)
9.5.1�？空`差測量(141)
9.5.2�？空`差離線預處理(142)
9.5.3停靠誤差迭代自補償(144)
參考文獻(148)
書單推薦
