[發明專利]一種輪式移動舞臺機器人平擺線跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201711187644.6
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN108107885B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 何德峰;姬超超;倪洪杰;黃光普
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種輪式移動舞臺機器人的平擺線跟蹤控制方法，針對欠驅動非線性的輪式移動舞臺機器人實現平擺線跟蹤控制需要，先通過定義輪式移動舞臺機器人的離散時間三階動力學模型和平擺線跟蹤誤差函數，再定義在有限時間窗口內的輪式移動舞臺機器人平擺線跟蹤控制問題，利用序列二次規劃算法求解每個采樣時刻平擺線跟蹤最優控制序列，并結合滾動優化原理計算在每個采樣時刻的平擺線跟蹤控制量，實現輪式移動舞臺機器人的平擺線跟蹤控制。本發明設計方法的優點是理解簡單、通用性強以及在線計算簡便。

技術領域

本發明屬于輪式移動舞臺機器人控制領域，涉及一種輪式移動舞臺機器人平擺線跟蹤控制方法。

背景技術

隨著我國人民生活水平的提高和對文化建設的迫切需要，舞臺演出藝術已成為我國日常文化生活的重要組成部分，其中輪式移動舞臺機器人是呈現高品質舞臺演出藝術的重要道具之一。通常在曲目演出過程中，舞臺機器人需要根據演出曲目的變化快速跟蹤指定的運動軌跡，與演藝人員及曲目在時間和空間位置實現完美配合。移動舞臺機器人快速跟蹤指定的運動軌跡，可視為移動機器人的軌跡跟蹤控制問題。在移動舞臺運動軌跡設計中，平擺線是一種非常重要且常見的舞臺運動軌跡線。為實現移動舞臺機器人的平擺線快速跟蹤要求，需要設計一個反饋控制律使得移動舞臺機器人漸近跟蹤平擺線。由于輪式移動舞臺機器人的位姿參數包括X軸和Y軸位置以及方向角三個變量，而控制變量包括車速和前輪偏角兩個變量，因此是一個典型的欠驅動非線性控制系統，這對輪式移動舞臺機器人的平擺線軌跡跟蹤控制提出了挑戰性。通過對現有輪式舞臺機器人一般軌跡跟蹤控制方法的文獻的檢索發現，輪式移動機器人軌跡跟蹤控制方法主要有：非連續軌跡跟蹤控制、混雜軌跡跟蹤控制和滑模軌跡跟蹤控制，但由于平擺線運行需要舞臺機器人自身旋轉和前進同步驅動，非連續軌跡跟蹤控制和混雜軌跡跟蹤控制不能處理輪式移動舞臺機器人的平擺線軌跡跟蹤，而滑模軌跡跟蹤控制需要人為構造抽象的滑模移動曲面，在實際應用中會產生抖動現象，從而影響舞臺機器人運動的平穩性，危及演藝人員的安全和動作柔美性，而且這些軌跡跟蹤控制方法理解復雜。因為輪式移動舞臺機器人需要根據曲目變化按各種平擺線運動到相關舞臺位置，控制實時性要求高，而且輪式移動舞臺機器人又是一個典型的欠驅動非線性控制系統。因此，盡管輪式移動機器人軌跡跟蹤控制研究取得了一些成果，但近年來相關學者和演藝專家對于這個具有挑戰性的重要難題仍然進行了大量細致地研究和探討，以滿足當前高品質舞臺演出藝術對輪式移動舞臺機器人的簡便、靈活的軌跡跟蹤控制的迫切要求。

發明內容

為了克服已有輪式移動舞臺機器人平擺線跟蹤控制方法的設置參數多、理解抽象和實現困難的不足，本發明提供一種理解直觀、設計簡單、易于實現的輪式移動舞臺機器人平擺線跟蹤控制方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種輪式移動舞臺機器人平擺線跟蹤控制方法，所述控制方法包括如下步驟：

1)、輸入需要跟蹤的平擺線方程，參見式(1)：

其中，常量a為拱的寬度，單位米，常量h為拱的寬度，單位米，常量w為平擺線旋轉角速度，單位弧度/秒，變量k表示采樣時刻；X(k)和Y(k)分別表示在k時刻平擺線在直角坐標系中橫向和縱向上的位置坐標；

2)、建立輪式移動舞臺機器人移動過程的離散時間動力學模型，參見式(2)：