[发明专利]一种轮式移动机器人三闭环编队轨迹跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种轮式移动机器人三闭环编队轨迹跟踪控制方法，包括以下步骤：S1.建立单个机器人的运动学模型，求解该机器人的运动学方程；S2.对跟随机器人与虚拟领航者进行相对位姿分析，得相对误差方程；S3.设计轮式机器人的控制系统，包括：根据运动学方程和相对误差方程，引入中间控制量，设计中间控制率和速度控制率；根据误差方程设计角速度控制率；S4.通过调节中间控制率、速度控制率和角速度控制率中的参数，使内环收敛速度依次大于中环、外环收敛速度。本发明提供了一种轮式移动机器人三闭环编队轨迹跟踪控制方法，保证了闭环系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种轮式移动机器人三闭环编队轨迹跟踪控制方法。

背景技术

目前移动机器人编队控制技术广泛应用于远地作业、协助军事行动、震后搜索与营救、清除危险区域、农业机器人、自动化工厂等，吸引了众多学者的关注。多机器人编队是指多个机器人形成一定的几何图形完成指定的目标任务，且在协作运动过程中保持队形。目前常用的控制方法有跟随领航者法、人工势场法、虚拟结构法等。各方法都具有局限性，没有统一的控制方法适用于各种场合。其中，中国专利《一种基于跟随领航者编队的多移动机器人控制系统》(申请日：2018.7.25；申请号：CN201810828028.2；公开日：2018.12.21；专利号：CN109062204A)公开了一种基于跟随领航者编队的多移动机器人控制系统，提高了控制系统可靠性和实时性，但控制系统依赖于领航机器人，容错性较差；中国专利《基于观测器的多移动机器人自适应编队跟踪控制方法》(申请日：2018.11.06；申请号：CN201811314441.3；公开日：2019-03-19；专利号：CN109491381A)公开了一种基于观测器的多移动机器人自适应编队跟踪控制方法，缓解当前多机器人系统运行中机器人系统状态信息不完全可测,以及领航机器人控制输入信息未知的情况，但由于观测器的观测误差导致整个控制系统的误差增量上升；中国专利《机器人轨迹跟踪方法及装置》公开了一种机器人轨迹跟踪方法及装置，应用双闭环滑模控制器实现了快速轨迹跟踪，但抖振问题仍然存在，且在实际跟踪的初始阶段机器人的方向无法做到与目标方向一致造成闭环系统不稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种轮式移动机器人三闭环编队轨迹跟踪控制方法，保证了闭环系统的稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种轮式移动机器人三闭环编队轨迹跟踪控制方法，包括以下步骤：

S1.建立单个机器人的运动学模型，求解该机器人的运动学方程；

S2.对跟随机器人与虚拟领航者进行相对位姿分析，得相对误差方程；

S3.设计轮式机器人的控制系统，包括：

根据运动学方程和相对误差方程，引入中间控制量，设计中间控制率和线速度控制率；

根据误差方程设计角速度控制率；

S4.通过调节中间控制率、速度控制率和角速度控制率中的参数，使内环收敛速度依次大于中环、外环收敛速度。

进一步地，所述步骤S1包括以下子步骤：

S101.建立单个机器人的运动学模型：

设C为机器人两驱动轮连线轴几何中心，2b为机器人两驱动轮之间的距离，r为机器人的驱动轮半径，M为机器人质心，θ_i为机器人航向角，w_i为驱动轮的角速度，v_i为驱动轮的线速度，d为质心与几何中心的距离；

S102.根据运动学模型，求解该机器人的运动学方程：