一種網(wǎng)絡(luò)化非完整約束多機器人分群一致追蹤控制方法、微控單元及控制系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種網(wǎng)絡(luò)化非完整約束多機器人分群一致追蹤控制方法，屬于控制技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：步驟一、對每個移動機器人硬件系統(tǒng)進行初始化設(shè)置，獲得各個移動機器人的初始位置和姿態(tài)信息；步驟二、分析多組非完整約束兩輪驅(qū)動的移動機器人系統(tǒng)，建立高階非線性歐拉

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種網(wǎng)絡(luò)化非完整約束多機器人分群一致追蹤控制方法、微控單元及控制系統(tǒng)


[0001]本專利技術(shù)屬于控制
，具體涉及一種網(wǎng)絡(luò)化非完整約束多機器人分群一致追蹤控制方法及系統(tǒng)。

技術(shù)介紹

[0002]隨著移動機器人應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍的不斷擴展以及實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)自動化和智能化等新技術(shù)革命的迫切需要，多移動機器人由于其具有的單個機器人無法比擬的優(yōu)越性，已越來越受到重視。其中，具有非完整約束的多移動機器人協(xié)同控制在自動導(dǎo)航車輛、公路調(diào)度系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用場景下具有廣泛的潛在應(yīng)用和發(fā)展前景。非完整約束多移動機器人系統(tǒng)的協(xié)同原理和技術(shù)的相關(guān)研究是人工智能和智能機器人的國際前沿研究課題,也是多移動機器人開發(fā)研究的熱點和難點問題之一。
[0003]早期研究人員已有的工作專注于非完整約束多移動機器人系統(tǒng)的單目標(biāo)追蹤任務(wù)，即開發(fā)的控制協(xié)議使所有機器人收斂于相同的狀態(tài)，然而，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)趨向于規(guī)模化、智能化和細化策略，多機器人要完成的任務(wù)和目標(biāo)系統(tǒng)處理是非常大和復(fù)雜的.同時為了應(yīng)對無法預(yù)料的情況或在實踐中出現(xiàn)的任何意外變化，機器人團隊可能會到達不止一個一致的狀態(tài).由于此類系統(tǒng)受制于一組不可積約束，機械系統(tǒng)是欠驅(qū)動的，并且不滿足Brockett光滑反饋穩(wěn)定條件，即連續(xù)的控制器設(shè)計不能保證系統(tǒng)穩(wěn)定，另一方面，拉格朗日動力學(xué)方程本身又具有時變、強耦合和非線性的動力學(xué)特征，這使得非完整約束多移動機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計變得十分復(fù)雜。
[0004]滑模控制在處理擾動和不確定性方面具有獨特的優(yōu)勢。但前提條件是系統(tǒng)參數(shù)已知。在實際應(yīng)用中，當(dāng)數(shù)據(jù)不精確、信息不完全時，很難得到控制系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)值。因此，當(dāng)非完整約束多移動機器人系統(tǒng)參數(shù)未知時，滑模控制就難以適用了。另一方面，早期滑模控制的研究只考慮將運動學(xué)模型轉(zhuǎn)換的信號作為非完整約束多移動機器人的輸入，而現(xiàn)實場景中，力矩驅(qū)動輸入通常更為合適。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0005]本專利技術(shù)的目的在于提供一種網(wǎng)絡(luò)化非完整約束多機器人分群一致追蹤控制方法。
[0006]基于上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
[0007]本專利技術(shù)請求保護的第一個方面是：一種網(wǎng)絡(luò)化非完整約束多機器人分群一致追蹤控制方法，包括以下步驟：
[0008]步驟一、對每個移動機器人硬件系統(tǒng)進行初始化設(shè)置，獲得各個移動機器人的初始位置和姿態(tài)信息；
[0009]步驟二、分析多組非完整約束兩輪驅(qū)動的移動機器人系統(tǒng)，建立高階非線性歐拉
?
拉格朗日模型：
[0010][0011]上述動力學(xué)方程中分別為廣義坐標(biāo)和廣義速度，M
i
(q
i
)∈R
n
×
n
是對稱正定慣量矩陣，只與廣義坐標(biāo)有關(guān)，是科里奧利與離心力矩陣，G
i
(q
i
)∈R
n
是廣義有勢力，
[0012]B
i
(q
i
)∈R
n
×
p
是輸入轉(zhuǎn)換矩陣，p＝n
?
m，τ
i
∈R
p
是輸入力矩向量，A
i
(q
i
)∈R
m
×
n
是約束矩陣，λ
i
∈R
m
是約束矩陣向量；假設(shè)S
i
(q
i
)∈R
n
×
p
是滿秩矩陣，它由A
i
(q
i
)的零空間線性無關(guān)的基向量構(gòu)成，即原非完整約束的動力學(xué)方程可以寫為
[0013][0014][0015]在上式中，ξ
i
(t)∈R
p
是速度向量，對時間t成立；
[0016]步驟四、根據(jù)第個移動機器人的初始狀態(tài)信息，利用步驟三的獲得第個移動機器人的軌跡方程，進而將控制信息輸送至執(zhí)行模塊，實現(xiàn)移動機器人的實時控制，然后設(shè)定各群組的軌跡方程，多移動機器人根據(jù)軌跡路線進行復(fù)合路徑的軌跡跟蹤，實現(xiàn)非完整約束多移動機器人多目標(biāo)自主運行、協(xié)同配合。
[0017]進一步地，步驟三、基于動力學(xué)和運動學(xué)結(jié)合設(shè)計自適應(yīng)滑模力矩控制器，確定分群控制協(xié)議；
[0018]首先，對第個機器人，引入光滑輔助速度向量
[0019][0020]其中e
i
＝(e
i1
，e
i2
，e
i3
)
T
是對應(yīng)的跟蹤位置誤差，是參考速度矢量，K
i
＝(k
i1
，k
i2
，k
i3
)
T
是控制增益向量；
[0021]然后，引入滑模輔助向量ξ
ri
，ξ
ri
∈R
p
[0022][0023]其中α＞0為設(shè)計的正常數(shù)，β
i
＞0表示第i個機器人的速度ξ
i
與光滑速度ξ
iα
的控制反饋增益；
[0024]定義滑模向量
[0025]s
i
＝ξ
i
?
ξ
ri
，s
i
∈R
p
，
[0026]給出分群控制協(xié)議
[0027][0028]其中，K
i
是一個對稱正定矩陣，是常數(shù)參數(shù)ζ
i
的估計值，B
i
：B
i
(q
i
)∈R
n
×
p
為輸入轉(zhuǎn)換矩陣
[0029]自適應(yīng)定律為
[0030][0031]這里Λ
i
是對稱正定矩陣，是動力學(xué)方程的回歸矩陣，其中x，y：空間中的可微向量；
[0032]進一步地，設(shè)計步驟三自適應(yīng)滑模力矩控制器前，對于多個移動機器人，可將機器人組成的團隊進行分組，分組規(guī)則為：假設(shè)對于d個機器人組成的系統(tǒng)有一個對應(yīng)的拓撲圖是的劃分，即將機器人團隊分為k組，代表了是的第l個分組，
l＝1，2，
…
，k，對應(yīng)的圖記作
[0033]為實現(xiàn)多組非完整約束兩輪驅(qū)動的移動機器人系統(tǒng)的復(fù)合軌跡追蹤的控制，給出如下假設(shè)：假設(shè)每個都有一個有向生成樹，l＝1，2，
…
，k，并且對應(yīng)的拉普拉斯矩陣每行行和為零，關(guān)于是入度平衡的，m＞n，m，n∈{1，2，
…
，k}；
[0034]然后按照自適應(yīng)力矩控制協(xié)議設(shè)定各群組移動機器人的軌跡方程，各移動機器人根據(jù)軌跡路線進行復(fù)合路徑的軌跡跟蹤，實現(xiàn)非完整約束多移動機器人多目標(biāo)自主運行、協(xié)同配合，信息交互。
[0035]進一步地，各移動機器人根據(jù)軌跡路線進行復(fù)合路徑的軌跡跟蹤的過程為：
[0036]給定第l個小組機器人的參考軌跡
[0037][0038]本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種網(wǎng)絡(luò)化非完整約束多機器人分群一致追蹤控制方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、對每個移動機器人硬件系統(tǒng)進行初始化設(shè)置，獲得各個移動機器人的初始位置和姿態(tài)信息；步驟二、分析多組非完整約束兩輪驅(qū)動的移動機器人系統(tǒng)，建立高階非線性歐拉
?
拉格朗日模型；上述動力學(xué)方程中分別為廣義坐標(biāo)和廣義速度，M
i
(q
i
)∈R
n
×
n
是對稱正定慣量矩陣，只與廣義坐標(biāo)有關(guān)，是科里奧利與離心力矩陣，G
i
(q
i
)∈R
n
是廣義有勢力，B
i
(q
i
)∈R
n
×
p
是輸入轉(zhuǎn)換矩陣，p＝n
?
m，τ
i
∈R
p
是輸入力矩向量,A
i
(q
i
)∈R
m
×
n
是約束矩陣，λ
i
∈R
m
是約束矩陣向量；假設(shè)S
i
(q
i
)∈R
n
×
p
是滿秩矩陣，它由A
i
(q
i
)的零空間線性無關(guān)的基向量構(gòu)成，即原非完整約束的動力學(xué)方程可以寫為原非完整約束的動力學(xué)方程可以寫為在上式中，ξ
i
(t)∈R
p
是速度向量，對時間t成立；步驟三、基于動力學(xué)和運動學(xué)結(jié)合設(shè)計自適應(yīng)滑模力矩控制器，確定分群控制協(xié)議；步驟四、根據(jù)第個移動機器人的初始狀態(tài)信息，利用步驟三的獲得第個移動機器人的軌跡方程，進而將控制信息輸送至執(zhí)行模塊，實現(xiàn)移動機器人的實時控制，然后設(shè)定各群組的軌跡方程，多移動機器人根據(jù)軌跡路線進行復(fù)合路徑的軌跡跟蹤，實現(xiàn)非完整約束多移動機器人多目標(biāo)自主運行、協(xié)同配合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，步驟三中，基于動力學(xué)和運動學(xué)結(jié)合設(shè)計自適應(yīng)滑模力矩控制器，確定分群控制協(xié)議的具體過程為：首先，對第個機器人，引入光滑輔助速度向量其中e
i
＝(e
i1
，e
i2
，e
i3
)
T
是對應(yīng)的跟蹤位置誤差，是參考速度矢量，K
i
＝(k
i1
，k
i2
，k
i3
)
T
是控制增益向量；然后，引入滑模輔助向量ξ
ri
，ξ
ri
∈R
p
其中α＞0為設(shè)計的正常數(shù)，β
i
＞0表示第i個機器人的速度ξ
i
與光滑速度ξ
iα
的控制反饋增益；定義滑模向量s
i
＝ξ
i
?
ξ
ri
，s
i
∈R
p
，給出分群控制協(xié)議
其中，K
i
是一個對稱正定矩陣，是常數(shù)參數(shù)ζ
i
的估計值，B
i
:B
i<...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬新茹，張鐵薈，李恒宇，劉軍，謝少榮，羅均，
申請(專利權(quán))人：濟寧學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：