[发明专利]一种由人工势场诱导的组合体人工洛伦兹力构造及避障控制方法

权利要求书

1.一种由人工势场诱导的组合体人工洛伦兹力构造及避障控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定机器人的动力学模型和参数，所述参数包括碰撞规避检测距离阈值、障碍物排斥势系数和控制律附加项系数；

将障碍物分解为若干个基本几何单元；

构造障碍物的排斥势函数，所述排斥势函数与基本几何单元、人工势函数和点到基本几何单元的距离解析数值计算相关；

计算排斥势函数的梯度，获得障碍物排斥势场；

基于障碍物排斥势场和机器人的速度建立人工洛伦兹力的计算公式；

建立机器人的运动控制律，所述运动控制律与机器人的当前位置坐标、机器人的速度、机器人的期望位置、机器人的障碍物排斥项和人工洛伦兹力相关；

所述机器人以运动控制律和参数为基本，按照机器人的动力学模型进行运动仿真，如果仿真结果满足需求则结束设置，如果仿真结果不满足需求，调整参数后进行仿真，直至满足需求。

2.根据权利要求1所述的一种由人工势场诱导的组合体人工洛伦兹力构造及避障控制方法，其特征在于，所述机器人的动力学模型为：

其中，ξ(t)为t时刻下的机器人位置向量，ζ(t)为t时刻下的机器人速度向量，f(ξ(t),ζ(t))为机器人开环动力学函数，U(t)为t时刻下的机器人控制量。

3.根据权利要求1所述的一种由人工势场诱导的组合体人工洛伦兹力构造及避障控制方法，其特征在于，所述将障碍物分解为若干个基本几何单元为：

其中，所述B₁、B₂、……、为基本几何单元，所述基本几何单元均为凸几何体。

4.根据权利要求1所述的一种由人工势场诱导的组合体人工洛伦兹力构造及避障控制方法，其特征在于，所述排斥势函数为：

其中，V_i为障碍物基本几何单元B_i的排斥势函数，V_i的计算公式为：

其中，α为障碍物排斥势系数，D_o为碰撞规避检测距离阈值，d_i为点P(x,y,z)到基本几何单元B_i的距离，在已知点P在基本几何单元B_i上的最近邻点P_Nearesti坐标(x_i,y_i,z_i)时按如下公式计算，所述点P为机器人的当前位置；

5.根据权利要求1所述的一种由人工势场诱导的组合体人工洛伦兹力构造及避障控制方法，其特征在于，所述障碍物排斥势场的计算公式为：

其中F_i(x,y,z)为障碍物基本几何单元B_i的障碍物排斥势场。

6.根据权利要求5所述的一种由人工势场诱导的组合体人工洛伦兹力构造及避障控制方法，其特征在于，障碍物基本几何单元B_i的障碍物排斥势场的计算公式为：

其中为点P到基本几何单元B_i的距离d_i在点P处的梯度。

7.根据权利要求6所述的一种由人工势场诱导的组合体人工洛伦兹力构造及避障控制方法，其特征在于，所述点P到基本几何单元B_i的距离d_i在点P处的梯度计算公式为：

其中，(x_i,y_i,z_i)为已知点P在基本几何单元B_i上的最近邻点P_Nearesti坐标；(x,y,z)为已知点P的坐标，所述点P为机器人的当前位置。