【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及軌跡跟蹤控制，特別是涉及一種滑動與側(cè)滑狀態(tài)下的移動機器人軌跡跟蹤控制方法。
技術(shù)介紹
1、近年來，輪式移動機器人(wheeled?mobile?robot，wmr)在行星探索、軍事以及搜救等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，可以用于執(zhí)行特定場合的危險任務(wù)。但由于輪式移動機器人具有高耦合、非線性等基本特征，傳統(tǒng)控制方案難以達到期望的效果。當(dāng)前，對于wmr的控制方案主要包括自適應(yīng)、反演、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自抗擾、模糊與滑?？刂频取Ｔ诶硐氕h(huán)境中，wmr運動需要符合非完整約束，即長期維持純滾動而不發(fā)生滑動。但是在相關(guān)真實場景中，由于受到實際環(huán)境的影響，可能會出現(xiàn)側(cè)向滑動、縱向滑動等情況，這些情況將會破壞機器人的理想約束，導(dǎo)致機器人無法正常運動。因此，需要對wmr存在滑動、側(cè)滑狀況時的軌跡跟蹤控制開展深度分析與研究。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對移動機器人軌跡跟蹤控制性能不佳的問題，提供一種未知打滑下的移動機器人軌跡跟蹤控制方法。該方法包括：
2、建立移動機器人在未知打滑下的運動學(xué)模型和機器人的動力學(xué)模型，將動力學(xué)模型中的未知縱滑和側(cè)滑擾動、模型參數(shù)不確定及未知輸入擾動稱為集總擾動；
3、根據(jù)移動機器人的位姿跟蹤誤差設(shè)計運動學(xué)控制器，輸出移動機器人虛擬線速度和角速度；
4、根據(jù)移動機器人虛擬線速度和角速度與實際線速度和角速度的速度跟蹤誤差及動力學(xué)模型，設(shè)計自抗擾積分滑?？刂破鳎_定移動機器人左、右驅(qū)動輪驅(qū)動電機控制力矩，控制所述移動機器人實際線速度和角速度漸近收斂到
5、根據(jù)自抗擾積分滑?？刂破骱鸵苿訖C器人實際線速度和角速度，設(shè)計非線性擴張狀態(tài)觀測器，對移動機器人速度狀態(tài)和集總擾動進行估計，并將集總擾動進行前饋補償，消除擾動對系統(tǒng)控制性能的影響。
6、在其中一個實施例中，所述移動機器人在未知打滑下的運動學(xué)模型表示為：
7、假設(shè)位姿q＝[x?yθθrθl]t，則存在滑動以及側(cè)滑的情況下，wmr非完整約束可以表示為：
8、
9、式中，(x,y)代表點p在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，其描述了機器人在空間中所處的位置；θ代表wmr的方位角，表示機器人的朝向；θl和θr分別表示左右驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)的角度，它們直接影響車輛的前進與轉(zhuǎn)向。ξl、ξr和u分別表示wmr左右驅(qū)動輪側(cè)滑時的角速度擾動和縱向滑動擾動，反映了車輛在運動過程中所受到的外部干擾，其大小會與車輪、路況等多種因素產(chǎn)生的綜合影響有關(guān)。非完整約束公式可以改寫為如下緊湊形式：式中，λ＝[u-rξr-rξl]t。
10、此處選擇滿秩矩陣c(q)，其為a(q)的零空間的一組基，從而滿足a(q)c(q)＝0，其中
11、則輪式移動機器人在滑動和側(cè)滑情況下的運動學(xué)方程可以表示為：
12、
13、式中，ζ＝[ζvζw]t，z＝[v?w]t，
14、f(q,u)＝[-usinθucosθ000]t。
15、其中：ζv和ζw分別表示縱向滑動引起的線速度擾動和橫擺率擾動，v和w分別表示輪式移動機器人的線速度和角速度，f(q,u)是車輪發(fā)生側(cè)向滑動時引起的擾動向量。
16、在其中一個實施例中，所述移動機器人打滑下的動力學(xué)模型表示為：
17、
18、式中，b1(q)＝ctm,b2(q)＝ctv,i＝ic+2im+2mwb2。
19、考慮參數(shù)不確定和外界擾動后，機器人動力學(xué)模型改寫為
20、
21、由于wmr在水平地面上運行,g(q)＝0,則機器人動力學(xué)模型可以簡化為
22、
23、式中，
24、
25、d為側(cè)滑干擾f(q,u)與滑動干擾ζ的總擾動。假設(shè)d有界且存在一階導(dǎo)數(shù)，這意味著系統(tǒng)在受到干擾時，擾動量不會無限增大，且擾動量的變化速率是有限的。
26、在其中一個實施例中，所述根據(jù)移動機器人的位姿跟蹤誤差設(shè)計運動學(xué)控制器，輸出移動機器人虛擬線速度和角速度的具體方法包括：
27、將所述移動機器人實際線速度和角速度作為所述移動機器人運動學(xué)模型的輸入，得到所述移動機器人的實際位姿；
28、獲取所述移動機器人的參考位姿和所述實際位姿的位姿跟蹤誤差，根據(jù)所述位姿跟蹤誤差，執(zhí)行根據(jù)所述運動學(xué)控制器獲取所述移動機器人虛擬線速度和角速度的步驟。
29、在其中一個實施例中，所述集總擾動通過移動機器人的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量、力矩、縱滑速度、側(cè)滑速度、移動機器人驅(qū)動輪縱滑引起的干擾角速度矢量、移動機器人側(cè)滑引起的非匹配擾動向量、移動機器人的方位角確定。
30、在其中一個實施例中，所述控制所述移動機器人實際速度收斂到所述虛擬速度的具體方法包括：將移動機器人的左、右驅(qū)動輪驅(qū)動電機控制力矩輸入移動機器人的所述動力學(xué)模型，從而確定移動機器人的實際速度。
31、上述未知打滑下的移動機器人軌跡跟蹤控制方法，構(gòu)建外環(huán)運動學(xué)控制器和內(nèi)環(huán)滑?？刂破鞯碾p閉環(huán)控制策略，通過獲取移動機器人參考位姿和實際位姿的位姿跟蹤誤差，設(shè)計基于反步法的運動學(xué)控制器，得到虛擬線速度和角速度，實現(xiàn)位姿跟蹤誤差漸進收斂，提高系統(tǒng)狀態(tài)響應(yīng)速度；根據(jù)虛擬線速度和角速度與移動機器人實際線速度和角速度的速度跟蹤誤差及動力學(xué)模型，設(shè)計自抗擾積分滑?？刂破?，確定移動機器人左、右驅(qū)動輪驅(qū)動電機的控制力矩，控制移動機器人實際線速度和角速度漸近收斂到所述虛擬線速度和角速度；設(shè)計非線性擴張狀態(tài)觀測器，對移動機器人速度狀態(tài)和集總擾動進行估計，并將集總擾動進行前饋補償，消除擾動對系統(tǒng)控制性能的影響；通過執(zhí)行上述雙閉環(huán)控制策略，實現(xiàn)移動機器人軌跡跟蹤控制，改善輪子打滑下移動機器人的控制性能。
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1.一種滑動和側(cè)滑狀態(tài)下的移動機器人軌跡跟蹤控制方法，其特征在于：具體包括以下?步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動和側(cè)滑狀態(tài)下的移動機器人軌跡跟蹤控制方法方法，所述基于反步法設(shè)計的運動學(xué)控制器通過輔助運動學(xué)控制律的設(shè)計，可使機器人的實際位置漸近收斂到期望位置。針對滑動和側(cè)滑下WMR的軌跡跟蹤，通過設(shè)計非線性擴張狀態(tài)觀測器對總干擾進行估計。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動和側(cè)滑狀態(tài)下的移動機器人軌跡跟蹤控制方法方法，其特征在于，所述根據(jù)移動機器人的位姿跟蹤誤差設(shè)計運動學(xué)控制器，輸出移動機器人虛擬線速度和角速度的具體方法包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動和側(cè)滑狀態(tài)下的移動機器人軌跡跟蹤控制方法方法，其特征在于，所述控制所述移動機器人實際速度收斂到所述虛擬速度的具體方法包括：將移動機器人的左、右驅(qū)動輪驅(qū)動電機控制力矩輸入移?動機器人的所述動力學(xué)模型，從而確定移動機器人的實際速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動和側(cè)滑狀態(tài)下的移動機器人軌跡跟蹤控制方法方法，其特征在于，所述集總擾動通過移動機器人的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量、力矩、縱滑速度、側(cè)滑速度、移
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種滑動和側(cè)滑狀態(tài)下的移動機器人軌跡跟蹤控制方法，其特征在于：具體包括以下?步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動和側(cè)滑狀態(tài)下的移動機器人軌跡跟蹤控制方法方法，所述基于反步法設(shè)計的運動學(xué)控制器通過輔助運動學(xué)控制律的設(shè)計，可使機器人的實際位置漸近收斂到期望位置。針對滑動和側(cè)滑下wmr的軌跡跟蹤，通過設(shè)計非線性擴張狀態(tài)觀測器對總干擾進行估計。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動和側(cè)滑狀態(tài)下的移動機器人軌跡跟蹤控制方法方法，其特征在于，所述根據(jù)移動機器人的位姿跟蹤誤差設(shè)計運動學(xué)控制器，輸出移動機器人虛擬線速度和角速度的具體方法包...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：包建華，葉志康，
申請(專利權(quán))人：江蘇師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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