[發明專利]巡檢機器人軌跡跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201910253727.3
• 申請日: 2019-03-30
• 公開（公告）號: CN109960150B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 郭健;王天野;李勝;袁佳泉;薛舒嚴;黃迪;錢抒婷
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

1.一種巡檢機器人軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，具體步驟為：

步驟1、建立車輪軸中心與機器人參考位置不重合時的機器人前輪轉向后輪驅動的運動學模型；

步驟2、根據機器人前輪轉向后輪驅動的運動學模型建立機器人的原地轉向模型；

步驟3、確定軌跡跟蹤控制律，完成巡檢機器人軌跡跟蹤控制，確定軌跡跟蹤控制律的具體步驟為：

步驟3-1、建立機器人的運動學方程

式中，v，α分別表示機器人的速度和前輪轉向角，l表示機器人參考位置與后輪軸中心的距離，L表示前后輪輪距；

求解機器人的運動學方程的非完整約束：

步驟3-2、根據機器人的運動學方程，建立軌跡跟蹤誤差方程：

式中，位姿用向量P_r＝[x_r,y_r,θ_r]^T表示，控制輸入為[v_r,α_r]^T，v_r表示車體線速度，α_r表示前輪相對車體的轉向角；

求取微分得到：

式中：x_e,y_e,θ_e分別表示機器人在x，y方向以及航向角的誤差；

步驟3-3、根據步驟3-1以及3-2，設計控制律：

其中，k₁，k₂均為正實數。

2.根據權利要求1所述的巡檢機器人軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，步驟1中建立機器人前輪轉向后輪驅動的運動學模型的具體步驟為：

步驟1-1、建立機器人與世界坐標系的關系，即：

步驟1-2、根據機器人與世界坐標系的關系求得旋轉中心坐標：

式中，L表示機器人前后兩輪的輪距，l表示機器人的幾何中心與機器人后輪軸中心之間的距離，θ為機器人的航向角，α阿爾法為前輪的轉角，d為采樣時間內兩驅動輪編碼器值的平均值，k-1時刻機器人在全局坐標系中的位姿為O_k-1(x_k-1,y_k-1,θ_k-1)，k時刻的位姿為O_k(x_k,y_k,θ_k)。

3.根據權利要求1所述的巡檢機器人軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，步驟2建立的原地轉向模型為：

V₁＝-V₂＝V₃＝-V₄

式中，V₁，V₂，V₃，V₄分別是左前輪、右前輪、左后輪、右后輪的線速度。

4.根據權利要求3所述的巡檢機器人軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，原地轉向模型的建立過程為：

步驟2-1、設定輪子的前進方向為切線方向，同時機器人在X軸的速度分量和為0，在Y軸的分量和旋轉角速度w相等，并且其中α₁，α₂，α₃，α₄分別為左前輪、右前輪、左后輪、右后輪方向與X軸的夾角；

步驟2-2、輪子i在X軸的速度分量V_ix與在Y軸的分量V_iy，i∈[1,4]滿足下列關系：

其中：

對關系求解得到約束關系：

步驟2-3、根據前后輪距與左右軸距相等，求得：根據轉角范圍，得到則得到原地轉向模型：

V₁＝-V₂＝V₃＝-V₄。