[發(fā)明專利]一種基于合作控制機制的機器人滾動優(yōu)化控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710387869.X
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107168058B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂強;陳躍躍;陳迪龍;石廳;張波濤
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 杜軍

1.一種基于合作控制機制的機器人滾動優(yōu)化控制方法，該方法包括以下步驟：

(一)建立實際機器人與虛擬機器人的動力學(xué)模型；具體方法是：

①建立實際機器人的動力學(xué)模型：

其中：u(k)是實際機器人在第k時刻的控制信號；x(k)是實際機器人在第k時刻的位置；x(k+1)是實際機器人在第k+1時刻的位置；v(k)是實際機器人在第k時刻的速度；v(k+1)是實際機器人在第k+1時刻的速度；

②建立虛擬機器人動力學(xué)模型：

其中：是虛擬機器人在第k時刻的位置；是虛擬機器人在第k時刻的速度；P是2×2轉(zhuǎn)換矩陣；I是2×2單位矩陣；y_k是實際機器人檢測范圍內(nèi)障礙物邊緣上的任意一點位置；a_k是過點y_k的單位法向量；上標(biāo)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置；

(二)基于合作控制理論，在滾動優(yōu)化的框架下，建立成本函數(shù)，具體方法是：

①基于合作控制理論，建立實際機器人和虛擬機器人之間安全距離的成本函數(shù)：

其中：d是預(yù)先給定的安全距離；是第j個虛擬機器人在第k時刻的位置；||·||表示2范數(shù)；M是虛擬機器人的個數(shù)；

②基于合作控制理論，建立實際機器人與虛擬機器人速度一致性成本函數(shù)：

其中：是第j個虛擬機器人在第k時刻的速度；

③建立實際機器人與目標(biāo)位置的成本函數(shù)：

||x(k)-G|| (5)

其中：G是目標(biāo)位置；

④基于式(3)、(4)、(5)，在滾動優(yōu)化框架下，建立實際機器人運動控制的成本函數(shù)：

其中：x(l|k)是實際機器人在第k時刻預(yù)測的第k+l時刻的位置；是第j個虛擬機器人在第k時刻預(yù)測的第k+l時刻的位置；υ(l|k)是實際機器人在第k時刻預(yù)測的第k+l時刻的速度；是第j個虛擬機器人在第k時刻預(yù)測的第k+l時刻的速度；x(N|k)是實際機器人在第k時刻預(yù)測的第k+N時刻的位置；N是預(yù)測長度；

(三)基于合作控制機制的滾動優(yōu)化控制器結(jié)構(gòu)如下：

其中：是第k時刻獲得的最優(yōu)控制信號序列；u^*(0|k)表示實際機器人在第k時刻獲得的最優(yōu)控制信號；u^*(N-1|k)表示實際機器人在第k時刻獲得的k+N-1時刻的最優(yōu)控制信號；u(0|k)表示實際機器人在第k時刻預(yù)測的控制信號；u(N-1|k)表示實際機器人在第k時刻預(yù)測的k+N-1時刻的控制信號；min表示取最小值；s.t.表示以下為約束條件；

(四)將實際機器人在第k時刻獲得的最優(yōu)的控制序列中的第一個最優(yōu)控制信號u^*(0|k)施加給實際機器人。