[發明專利]一種考慮未知控制方向的地面機器人控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201810735158.1
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108958249B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 王慶領;鄭亞君;洪志鷹;孫長銀
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G05D1/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李淑靜

本發明公開了一種考慮未知控制方向的地面機器人控制系統及控制方法，所述控制系統包括地面控制站、地面機器人和定位追蹤設備，定位追蹤設備捕捉地面機器人的三維位置，并將定位信息發送至地面控制站；地面控制站將定位信息變換為地面機器人位置和姿態，并根據用戶設置的地面機器人的行動軌跡和地面機器人的位置和姿態，計算出地面機器人下一步的控制目標，傳送給地面機器人；地面機器人根據地面控制站發送的數據計算下一刻運動速度和角速度，并變換為PWM波輸出，驅動機器人移動到目標點。利用該系統能夠解決地面機器人的控制方向未知(即控制輸入正負極的方向和/或控制輸入增益的大小不確定)的問題，能使機器人的運動達到良好、準確的控制性能。

技術領域

本發明涉及控制技術領域，具體涉及一種地面移動機器人的控制系統及控制方法。

背景技術

現如今，地面移動機器人越來越智能且多樣化，移動機器人可以執行很多復雜的任務。使用者通常會在機器人執行任務時控制機器人的移動。然而目前市面上的地面移動機器人，一般未考慮機器人的控制方向，這可能會導致機器人控制南轅北轍。例如：現有的機器人控制技術包括傳統PID控制、模糊PID控制、滑模變結構控制和神經網絡控制等。這些技術雖然能基本達到控制效果，但由于未考慮到控制輸入的方向，往往達不到良好的控制性能。

在實際控制中，采樣時間、控制輸入與執行器的數學關系和控制電壓的正負均會影響到控制輸入的方向或增益。若不考慮這些未知控制系數，則會導致控制性能不高。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提出一種考慮未知控制方向的地面機器人控制系統，能夠解決地面機器人的控制方向未知(即控制輸入正負極的方向和/或控制輸入增益的大小不確定)的問題，能使地面機器人的運動達到良好、準確的控制性能。

本發明的另一目的在于提供一種相應的控制方法。

技術方案：為了實現以上目的，本發明采用以下技術方案：

一種地面機器人控制系統，包括地面控制站、地面機器人和定位追蹤設備，定位追蹤設備捕捉地面機器人的三維位置，并將定位信息發送至地面控制站；地面控制站將定位信息變換為地面機器人位置和姿態，并根據用戶設置的地面機器人的行動軌跡和地面機器人的位置和姿態，計算出地面機器人下一步的控制目標，傳送給地面機器人；地面機器人根據地面控制站發送的數據計算下一刻運動速度和角速度，并變換為PWM波輸出，驅動機器人移動到目標點。

為了提高人機交互性能，該控制系統還可以包括用戶設備，例如手機或平板電腦等智能移動終端，所述用戶設備無線連接至地面控制站，用于供用戶設定地面機器人行動軌跡，并將行動軌跡發送至地面控制站。

根據上述地面機器人控制系統的控制方法，包括以下步驟：

定位追蹤設備捕捉地面機器人的三維位置，將定位信息發送至地面控制站；

地面控制站將定位信息變換為地面機器人位置和姿態；

地面控制站根據用戶設置的地面機器人的行動軌跡，以及地面機器人的位置和姿態，計算出地面機器人下一步的控制目標；

地面控制站將下一步控制目標和當前位置、姿態傳給地面機器人；

地面機器人根據地面控制站發送的數據，運行考慮未知控制方向的控制算法，計算出下一刻運動速度和角速度，變換為PWM波輸出，驅動機器人移動到目標點。

其中，所述考慮未知控制方向的控制算法形式如下：

x為地面機器人當前時刻位置，b為未知控制系數，u(t)為控制輸入，計算公式如下：

u(t)＝N₀(k)(x-x₀)