[發明專利]網絡異構機器人系統的多時變編隊跟蹤控制方法及系統

在審

• 申請號: 202010325976.1
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111522341A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 黃凱倫;董玖旺;梁昌鐸;葛明峰;丁騰飛
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 萬文廣

1.一種網絡異構機器人系統的多時變編隊跟蹤控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1、網絡異構機器人系統由多個跟蹤目標和多個網絡異構機器人組成，所述多個網絡異構機器人分為多組，一組所述網絡異構機器人分別對應一個所述跟蹤目標以構成一個子群，獲取所述多個跟蹤目標的運動軌跡，確定每個控制時刻所述多個跟蹤目標的位置數據；

步驟S2、對所述多個跟蹤目標建立運動學模型，根據所述多個跟蹤目標的位置數據，依據所述多個跟蹤目標的運動學模型，得到每個控制時刻所述多個跟蹤目標的速度數據和加速度數據；

步驟S3、根據每個控制時刻所述多個跟蹤目標的速度數據和加速度數據、和所述多個網絡異構機器人的物理參數，依據傳統的拉格朗日動力學方程，對所述多個網絡異構機器人建立動力學模型；

步驟S4、獲取所述多個網絡異構機器人和所述多個跟蹤目標之間的通訊拓撲關系，在滿足所述通訊拓撲關系的前提下，結合所述動力學模型，設計網絡異構機器人系統的分層協同控制器，實現網絡異構機器人系統的多時變編隊跟蹤控制。

2.如權利要求1所述的網絡異構機器人系統的多時變編隊跟蹤控制方法，其特征在于，步驟S2中所述多個跟蹤目標的運動學模型的表達式為：

其中，k為跟蹤目標的序號，x_k,r、v_k,r和a_k,r分別表示第k個跟蹤目標的位置數據、速度數據和加速度數據。

3.如權利要求1所述的網絡異構機器人系統的多時變編隊跟蹤控制方法，其特征在于，步驟S3中所述動力學模型的表達式為：

其中，i為網絡異構機器人的序號，q_i為網絡異構機器人關節空間的廣義坐標，分別為網絡異構機器人關節空間的速度和加速度，x_i為網絡異構機器人任務空間的廣義坐標，是網絡異構機器人任務空間的速度，H_i(q_i)、g_i(q_i)分別表示正定慣性矩陣、科里奧利離心矩陣和重力矩陣，μ_i為輸出力矩，μ_i,d為外部擾動，表示雅可比矩陣，雅可比矩陣是有界和非奇異的。

4.如權利要求3所述的網絡異構機器人系統的多時變編隊跟蹤控制方法，其特征在于，所述分層協同控制器的表達式為：

其中，μ_i為輸出力矩，i為網絡異構機器人的序號，k為跟蹤目標的序號，Y_i為線性回歸矩陣，q_i為網絡異構機器人關節空間的廣義坐標，為網絡異構機器人關節空間的速度，為機器人動力學參數的估計量，為定義的輔助關節角速度，為定義的輔助關節角加速度，定義矩陣其中，當時，表示矩陣J_i的逆矩陣，當時，表示矩陣J_i的偽逆矩陣，為定義的滑模變量，κ_oi、κ_si和κ_di是反饋增益矩陣，且滿足λ_min(κ_oi)＞0，λ_min(κ_si)＞0，Λ_i是具有合適維度的自適應正定矩陣，為第i個網絡異構機器人任務空間的廣義坐標的估計值，為第i個網絡異構機器人任務空間的的速度的估計值，α、β、ρ₁和ρ₂是正常數；ω_i為一個正常數控制參數，為冗余機器人需要優化的性能指標的梯度，h_i為第i個網絡異構機器人的偏移量，x_k,r、v_k,r和a_k,r分別表示第k個跟蹤目標的位置數據、速度數據和加速度數據。