[发明专利]巡检机器人轨迹跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种巡检机器人轨迹跟踪控制方法，具体步骤为：建立车轮轴中心与机器人参考位置不重合时的机器人前轮转向后轮驱动的运动学模型；根据机器人前轮转向后轮驱动的运动学模型建立机器人的原地转向模型；确定轨迹跟踪控制率，完成巡检机器人轨迹跟踪控制。本发明控制精确度高，鲁棒性好。

技术领域

本发明属于轨迹跟踪技术，具体为一种巡检机器人轨迹跟踪控制方法。

背景技术

轨迹跟踪控制是电力巡检机器人的重要核心技术之一。控制巡检机器人按既定的巡检路线到达巡检目标点是安全完成巡检任务的关键。变电站巡检由于其场所的特殊性，机器人必须与电力设备保持一定的安全距离，并且有些情况下必须在高于地面10-20cm的盖板上运动，这就要求机器人能够完全按照设定路线移动。设计合理的运动控制律是保障机器人安全巡检的有效手段。

目前常见的巡检机器人轨迹跟踪控制方法有：模糊自适应PID控制算法：用模糊推理在线得到PID控制其参数；反步法：针对方向角误差设计了具有全局渐近稳定的跟踪控制律；以机器人的力矩为控制输入，根据动力学模型设计的自适应滑膜控制器，用来消除机器人系统的参数不确定性；根据侧向误差和角度误差设计引导角，并将该引导角作为虚拟输入，设计控制律等。以上控制方法均考虑机器人的运动中心和几何中心一致，实际上很多情况下并不一定重合，控制精度不够。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种巡检机器人轨迹跟踪控制方法。

实现本发明的技术解决方案为：一种巡检机器人轨迹跟踪控制方法，具体步骤为：

步骤1、建立车轮轴中心与机器人参考位置不重合时的机器人前轮转向后轮驱动的运动学模型；

步骤2、根据机器人前轮转向后轮驱动的运动学模型建立机器人的原地转向模型；

步骤3、确定轨迹跟踪控制率，完成巡检机器人轨迹跟踪控制。

优选地，步骤1中建立机器人前轮转向后轮驱动的运动学模型的具体步骤为：

步骤1-1、建立机器人与世界坐标系的关系，即：

步骤1-2、根据机器人与世界坐标系的关系求得旋转中心坐标：

式中，L表示机器人前后两轮的轮距，l表示机器人的几何中心与机器人后轮轴中心之间的距离，θ为机器人的航向角，α阿尔法为前轮的转角，d为采样时间内两驱动轮编码器值的平均值，k-1时刻机器人在全局坐标系中的位姿为O_k-1(x_k-1,y_k-1,θ_k-1)，k时刻的位姿为O_k(x_k,y_k,θ_k)。

优选地，步骤2建立的原地转向模型为：

V₁＝-V₂＝V₃＝-V₄

式中，V₁，V₂，V₃，V₄分别是左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的线速度。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明建立的运动学模型，以及原地转向模型，更加贴合实际情况，使得控制精确度高，鲁棒性好。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

图1为机器人坐标系示意图。

图2为前轮转向后轮驱动模型示意图。

图3为机器人原地旋转模型示意图。