[發(fā)明專利]巡檢機(jī)器人軌跡跟蹤控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910253727.3
• 申請(qǐng)日: 2019-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN109960150B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭健;王天野;李勝;袁佳泉;薛舒嚴(yán);黃迪;錢抒婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04;G05D1/02
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

本發(fā)明公開了一種巡檢機(jī)器人軌跡跟蹤控制方法，具體步驟為：建立車輪軸中心與機(jī)器人參考位置不重合時(shí)的機(jī)器人前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；根據(jù)機(jī)器人前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立機(jī)器人的原地轉(zhuǎn)向模型；確定軌跡跟蹤控制率，完成巡檢機(jī)器人軌跡跟蹤控制。本發(fā)明控制精確度高，魯棒性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軌跡跟蹤技術(shù)，具體為一種巡檢機(jī)器人軌跡跟蹤控制方法。

背景技術(shù)

軌跡跟蹤控制是電力巡檢機(jī)器人的重要核心技術(shù)之一。控制巡檢機(jī)器人按既定的巡檢路線到達(dá)巡檢目標(biāo)點(diǎn)是安全完成巡檢任務(wù)的關(guān)鍵。變電站巡檢由于其場(chǎng)所的特殊性，機(jī)器人必須與電力設(shè)備保持一定的安全距離，并且有些情況下必須在高于地面10-20cm的蓋板上運(yùn)動(dòng)，這就要求機(jī)器人能夠完全按照設(shè)定路線移動(dòng)。設(shè)計(jì)合理的運(yùn)動(dòng)控制律是保障機(jī)器人安全巡檢的有效手段。

目前常見的巡檢機(jī)器人軌跡跟蹤控制方法有：模糊自適應(yīng)PID控制算法：用模糊推理在線得到PID控制其參數(shù)；反步法：針對(duì)方向角誤差設(shè)計(jì)了具有全局漸近穩(wěn)定的跟蹤控制律；以機(jī)器人的力矩為控制輸入，根據(jù)動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)的自適應(yīng)滑膜控制器，用來(lái)消除機(jī)器人系統(tǒng)的參數(shù)不確定性；根據(jù)側(cè)向誤差和角度誤差設(shè)計(jì)引導(dǎo)角，并將該引導(dǎo)角作為虛擬輸入，設(shè)計(jì)控制律等。以上控制方法均考慮機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)中心和幾何中心一致，實(shí)際上很多情況下并不一定重合，控制精度不夠。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出了一種巡檢機(jī)器人軌跡跟蹤控制方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種巡檢機(jī)器人軌跡跟蹤控制方法，具體步驟為：

步驟1、建立車輪軸中心與機(jī)器人參考位置不重合時(shí)的機(jī)器人前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；

步驟2、根據(jù)機(jī)器人前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立機(jī)器人的原地轉(zhuǎn)向模型；

步驟3、確定軌跡跟蹤控制率，完成巡檢機(jī)器人軌跡跟蹤控制。

優(yōu)選地，步驟1中建立機(jī)器人前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的具體步驟為：

步驟1-1、建立機(jī)器人與世界坐標(biāo)系的關(guān)系，即：

步驟1-2、根據(jù)機(jī)器人與世界坐標(biāo)系的關(guān)系求得旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)：

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

優(yōu)選地，步驟2建立的原地轉(zhuǎn)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。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：本發(fā)明建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，以及原地轉(zhuǎn)向模型，更加貼合實(shí)際情況，使得控制精確度高，魯棒性好。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

附圖說(shuō)明

圖1為機(jī)器人坐標(biāo)系示意圖。

圖2為前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)模型示意圖。

圖3為機(jī)器人原地旋轉(zhuǎn)模型示意圖。