杨兴明， 朱 建， 高银平， 许东昌

（合肥工业大学 计算机与信息学院，安徽 合肥 230009）

0 引 言

轮式移动机器人是一种典型的具有非完整约束的系统，因其具有广泛的应用前景和理论意义引起了国内外学者的广泛关注［1－6］。近年来，根据基于的模型不同，移动机器人路径跟踪的研究可以分为基于运动学模型和动力学模型2种研究方式。基于运动学模型的研究主要是以速度作为控制量使真实轨迹和参考轨迹之间的误差收敛到0，研究的是速度和参考轨迹之间的关系。基于动力学模型控制器反映的是控制电压和速度之间的关系，能够比较真实地反应移动机器人的控制规律。

文献［7－8］基于动力学模型，利用自适应的方法实现了三轮移动机器人的路径跟踪。考虑到双轮移动机器人比三轮或四轮机器人具有更好的机动性和灵活性，体积更小，尤其是在拥挤的空间，更能体现其灵活性，双轮移动机器人的路径跟踪也同样具有很高的研究价值。

本文针对双轮移动机器人的研究首先建立系统的运动学模型和动力学模型，并针对运动学模型通过反演技术设计运动学控制器，进而考虑到系统的不确定性和跟踪速度与姿态平衡控制欠驱动的特点，基于动力学模型设计了分层滑模控制器，最后通过Matlab仿真验证该控制方法的有效性。

1 双轮移动机器人模型的建立

（1）双轮移动机器人的运动学模型。在机器人移动的区域内建立笛卡尔坐标系（Oxy），选择移动机器人2个驱动轮轴线的中点坐标（xc，yc）作为参考点，则机器人的位姿可以描述为：p＝［xc，yc，θ］T，其中θ为机器人的方向角。……