[发明专利]一种姿态未知的多移动机器人系统的自适应跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明属于智能机器人技术领域，具体涉及姿态未知条件下一种多移动机器人系统的自适应跟踪控制设计方法。

背景技术

近年来，多移动机器人系统的跟踪控制与应用受到日益广泛的关注，逐渐成为复杂性科学研究的一个焦点问题。其中各移动机器人仅利用局部信息进行交互,并结合通信等手段发挥分布式资源的优势实现整体规划、解决局部冲突,从而达到整体预期目标。移动机器人系统是一个将环境感知、动态规划与决策、行为控制与执行等诸多功能融为一体的复杂智能系统。它将传感器技术、信息处理技术、电子工程技术、计算机技术、自动化控制以及人工智能技术等诸多前沿学科的研究成果集中起来，代表了机电控制领域以及电子工程领域内的最高成就，在目前众多科学技术研究领域中最为活跃的领域之一。随着智能机器人性能的不断发展，智能化水平不断提高，移动机器人的应用范围有了极大的扩展，不仅在工业、农业、医疗卫生行业、服务业等诸多行业中得到较为广泛的应用，同时也在安全防护、军工国防以及深空探测等对人体有害甚至有生命威胁的场合得到了极佳的应用。因此，移动机器人越来越受到当今学者的关注。

在移动机器人系统中，所有机器人利用自身配置的多种传感器和执行器来感知环境并对环境的变化做出适当的反应，而整个移动机器人系统在某种程度上可以视为一个移动传感器网络和执行器网络；同时，整个移动机器人系统在控制过程中利用自身所配备的通信设备进行信息共享，使得整个系统在某种程度上又成为一个通信互联网络。由于移动机器人系统为实际情况下的真实系统，同时现实情况中往往环境较为复杂，突发情况较多，容易出现诸如传感器故障等情况，为了提高多智能体系统对环境的适应能力，减少多移动机器人系统在控制过程中所必需的信息量可以达到减少移动机器人配备的传感器数量，以此节约资源并提高多移动机器人系统对复杂环境的适应能力。

注意到在实际环境中突发情况较多，针对系统的姿态未知以及控制输入存在非线性扰动的问题，通过利用观测器理论对未知智能体的姿态进行估计可以有效地减少系统对状态信息的依赖程度，同时针对系统控制输入存在非线性扰动的问题，可以利用自适应控制律对扰动进行逼近，可以使系统更具有鲁棒性，是系统能够更好地在复杂的环境适应，也为大规模移动机器人系统的实际应用提供了一种有效地解决方法。

姿态未知条件下多移动机器人系统的自适应跟踪控制在国内外均处于探索研究阶段，针对姿态未知的问题，目前很多成果都是利用滑模控制使系统的误差逐渐收敛于滑模面上，但是滑模控制往往容易出现抖振现象，同时很多成果针对的控制系统也主要为较为理想的二阶积分器系统，这就使得成果在实际的移动机器人系统中无法适用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种姿态未知的多移动机器人系统自适应跟踪控制方法，能够在姿态未知条件下实现对多移动机器人系统的跟踪控制，且该方法为基于观测器的自适应控制方法，可以使系统在演化的过程中实现跟随者机器人对领航者机器人的跟踪控制。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：该方法包括如下步骤：

步骤一：针对多移动机器人系统中的每个移动机器人，均进行如下建模，首先建立全局坐标系O-xy：选取平面空间内任意一点O点为原点，并选取过O点的相互正交的两个方向分别为x轴和y轴；然后建立当前移动机器人的局部坐标系C-x_Ry_R：选取当前移动机器人的轴心点C点为原点，选取过C点的相互正交的两个方向分别为x_R轴和y_R轴；其中C点在全局坐标系O-xy中的坐标为(x_C，y_C)，局部坐标系相对于全局坐标系的旋转角为θ。

步骤二：在多移动机器人系统中，单个移动机器人依据其轨迹跟踪分为领航者与跟随者，其中领航者r的轴心点在全局坐标系O-xy中的坐标为(x_r，y_r)，r的局部坐标系相对于全局坐标系O-xy的旋转角度为θ_r，平动的线速度为v_r，转动的角速度为ω_r。

跟随者f的轴心点在全局坐标系O-xy中的坐标为(x_f，y_f)，跟随者f的局部坐标系相对于全局坐标系O-xy的旋转角度为θ_f，平动的线速度为v_f，转动的角速度为ω_f。

则跟随者f与领航者r的误差模型为：