[發明專利]電機參數未知的全方位移動機器人的軌跡跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201910055561.4
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109648566B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 任超;王劍;馬書根
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種電機參數未知的全方位移動機器人的軌跡跟蹤控制方法，包括下列步驟：步驟一：建立全方位移動機器人系統動力學模型；步驟二：根據動力學模型(1)設計優化的滑模擴張狀態觀測器；步驟三：設計自適應滑模控制器，給出更新算法。

技術領域

本發明涉及一種三輪全方位移動機器人軌跡跟蹤的控制問題。針對全方位移動機器人系統存在的外部擾動及電機參數未知的問題，利用機器人動力學系統本身的結構特性設計自適應滑模的控制方法，同時利用優化后的擴張狀態觀測器對系統內、外部擾動部分設計估計補償方法。提出一種電機參數未知的全方位移動機器人的軌跡跟蹤控制方法。

背景技術

全方位移動機器人是一種具有完全的3個自由度的機器人，擁有著比一般機器人更高的機動性和靈活性，它可以在任意方向上改變方向和移動，而且不需要重新定向。由于它在日常生活中和各種工業應用中的獨特性，現在被人們廣泛的應用在了各種場景中，如餐廳，醫院，工廠等。全方位移動機器人的軌跡跟蹤是其自主導航的重要組成部分。具有良好地軌跡跟蹤能力的移動機器人可以更高效、更準確地完成工作。由于全方位移動機器人系統是非常復雜的非線性、強耦合系統，很難建立準確的系統模型，因此其軌跡跟蹤控制成為機器人研究領域的一個具有挑戰性的熱點問題。

針對全方位移動機器人的軌跡跟蹤問題，國內外已經有眾多學者進行了研究。日本佐賀大學學者研究了解析加速度控制方法、比例積分微分(PID)控制方法、模糊模型法和隨機模糊伺服法四種經典控制方法(會議：Second International Conference onKnowledge-Based Intelligent Electronic Systems Second InternationalConference on Knowledge-Based Intelligent Electronic Systems；著者：Watanabe K；出版年月： 1998；文章題目：Control of an omnidirectional mobile robot；頁碼：51-60)；美國俄亥俄大學學者研究了一種基于沿期望軌跡的線性化及逆動力學的軌跡線性化控制方法，并通過仿真說明該方法的控制效果(會議： American Control Conference；著者：Y.Liu,X.Wu,J.Zhu,J.Lew；出版年月：2003；文章題目：Omni-directional mobilerobot controller design by trajectory linearization；頁碼：3423-3428)；康奈爾大學學者針對理想的全方位移動機器人研究了一種近似最佳的控制算法，并利用仿真驗證了算法的有效性(期刊：Robotics Autonomous Systems；著者：T.Kalmár-Nagy,R.D’Andrea,P.Ganguly；出版年月：2004；文章題目： Near-optimal dynamic trajectory generationand control of an omnidirectional vehicle；頁碼：47-64)；墨西哥學者研究了一種基于動力學模型的計算轉矩控制方法(會議：International Conference on Electricaland Electronics Engineering IEEE；著者：Vazquez,J.A.,M.Velasco-Villa；出版年月：2007；文章題目： Computed-Torque Control of an Omnidirectional Mobile Robot；頁碼：274-277)；蒂賓根大學學者研究了一種模型預測控制算法(會議：InternationalConference on Robotics and Automation；著者：K.Kanjanawanishkul, A.Zell；出版年月：2009；文章題目：Path following for an omnidirectional mobile robot based onmodel predictive control；頁碼：3341-3346)；中國臺灣中國文化大學學者研究了一種全方位移動機器人平滑切換魯棒自適應控制，并利用仿真驗證了算法的有效性(期刊：TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY；著者：J.-T.Huang,T.Hung,and M.-L.Tseng；出版年月：2015；文章題目：Smooth Switching Robust Adaptive Control forOmnidirectional Mobile Robots；頁碼：1986-1993)。日本立命館大學的學者將自抗擾控制用于三輪全方位移動機器人，使用擾動觀測器來估計未建模動態、參數不確定性、輸入輸出交叉耦合和外部干擾。(會議：IEEE ISR 2013；著者：Chao Ren,Shugen Ma；出版年月：2013；文章題目： Analysis and control of an omnidirectional mobilerobot)。