[发明专利]一种水下多足仿生蟹机器人多足协同容错控制方法

说明书

一种水下多足仿生蟹机器人多足协同容错控制方法，它涉及一种多足协同容错控制方法，具体涉及一种水下多足仿生蟹机器人多足协同容错控制方法。本发明为了解决水下多足机器人的不同机械足之间由于传感器效率影响造成的通讯时延问题，以及在关节舵机出现问题时维持控制有效性的问题。本发明的具体步骤如下：用不同机械足将由于通讯设备产生的通讯时延变量构造分布式观测器；步骤二、利用BLF方法对机械足对于领航者的轨迹跟踪误差进行约束；步骤三、利用神经网络技术对机械足系统中的不确定性补偿；步骤四、针对关节舵机发生故障的多足机器人系统，设计分布式自适应容错控制算法，对水下多足仿生蟹机器人的机械足进行控制。本发明属于机器人领域。

技术领域

本发明涉及一种多足协同容错控制方法，具体涉及一种水下多足仿生蟹机器人多足协同容错控制方法，属于机器人领域。

背景技术

中国作为海洋大国，近些年随着海上丝绸之路的提出，国家对于海洋资源的开发越来越重视。海底管道作为海洋资源重要的运输载体，日常的检测和维修工作非常的重要。但是由于海底工作环境恶劣，人工检修往往面临诸多困难。随着海洋装备的发展，水下多足机器人凭借其作业效率高、适应性强和相对较低的经济成本逐渐成为专家学者的关注焦点。多足协同控制问题作为水下多足机器人的关键问题已经吸引了众多专家学者的关注。

水下多足机器人目前使用能量最低理论，因此选择合适的控制算法对于降低能量消耗是非常有必要的。考虑到多足机器人的每条机械足都可以独立的接受控制信号并且具有运动的独立性，所以我们借鉴多体协同控制系统的研究成果。多体协同控制系统的研究目前使用较多的是跟随者对于领航者进行轨迹跟踪的方式，只需要对领航者进行相应的轨迹规划，就可以达到对于多体系统的控制效果，从而降低控制的难度和能源消耗，这刚好符合水下多足机器人的控制需求。在本研究中，我们将输入控制信号源作为领航者，每条机械足作为跟随者。

水下多足机器人由于工作环境的复杂性，因此关节舵机出现故障的情况时有发生，此外，如果控制误差过大，还会造成机器人的工作效率低下。

发明内容

本发明为解决水下多足机器人的不同机械足之间由于传感器效率影响造成的通讯时延问题，以及在关节舵机出现问题时维持控制有效性的问题，进而提出一种水下多足仿生蟹机器人多足协同容错控制方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的具体步骤如下：

步骤一、用不同机械足将由于通讯设备产生的通讯时延变量构造分布式观测器，仅有部分机械足可以获得领航者的状态信息的时候，其他的机械足利用邻居的信息，对领航者的状态信息进行估计；

步骤二、利用BLF方法对机械足对于领航者的轨迹跟踪误差进行约束；

步骤三、利用神经网络技术对机械足系统中的不确定性补偿；

步骤四、针对关节舵机发生故障的多足机器人系统，设计分布式自适应容错控制算法，对水下多足仿生蟹机器人的机械足进行控制。

进一步的，步骤一中的具体过程为：

首先利用：

q_n+1＝Fv (2)；

获得动态领航者的转动角度q_n+1，公式(1)和公式(2)中v表示领航者的辅助状态变量，且v∈R^m；是v的导数，S和F均是恒定实数矩阵，且S∈R^m×m，F∈R^n×m；

使用分布式观测器获得领航者的状态估计信息：