[發明專利]一種蛇形機器人路徑跟隨自抗擾控制方法

在審

• 申請號: 202010596463.4
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111813110A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 馬書根;周俊芳;任超
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 韓新城

1.一種蛇形機器人路徑跟隨自抗擾控制方法，其特征在于，通過航向角自抗擾控制器的航向角擴張狀態觀測器與關節角自抗擾控制器的關節角擴張狀態觀測器分別估計蛇形機器人的航向角的模型未知部分和外部未知擾動在內的航向角總擾動以及關節角模型的未知部分和外部未知擾動在內的關節角總擾動，然后通過對應的控制量補償航向角總擾動、關節角總擾動對控制系統造成的影響，從而實現蛇形機器人的路徑跟隨控制：

所述航向角自抗擾控制器根據蛇形機器人的實時的航向參考角輸出關節偏離量作為步態模式生成器的輸入，所述步態模式生成器輸出關節參考角度作為所述關節角自抗擾控制器的輸入，所述關節角自抗擾控制器輸出關節驅動力到控制對象；

所述的航向角自抗擾控制器輸出的關節偏離量如下：

所述的步態模式生成器輸出蜿蜒步態，表示如下：

φ_ref,j＝αsin(ωt+(j-1)δ)+φ₀，

F₁代表航向角動力學系統總擾動，是F₁的估計值，D₁表示航向角動力學外部未知擾動，K_p1＝ω_c1²，K_d1＝2ω_c1，ω_c1是航向角自抗擾控制器帶寬，e₁＝θ_ref-θ，θ_ref為蛇形機器人實時的航向參考角，B₁＝λ₂v_t，v_t∈R是蛇形機器人的切向速度，θ是蛇形機器人當前的航向角，v_θ∈R表示航向角速，λ₁是航向角速度對航向角加速度的映射標量參數，λ₂是關節坐標與前進速度對航向角加速度的映射標量參數；N為蛇形機器人的連桿的數量；φ＝(φ₁,φ₂,Lφ_N-1)∈R^N-1，為蛇形機器人當前的關節角向量，t表示時間；

φ_ref,j表示第j個關節參考角，α和ω分別表示步態模式生成器的蜿蜒步態關節運動的幅值和角頻率，δ表示關節運動的相位差；

所述的關節角自抗擾控制器輸出的關節驅動力表示如下：

其中，e₂＝φ_ref-φ，φ_ref是通過步態模式生成器得到的參考關節角，ω_c2是關節角自抗擾控制器帶寬，φ＝(φ₁,φ₂,Lφ_N-1)∈R^N-1，為蛇形機器人當前的關節角向量，v_φ∈R^N-1表示關節角速度向量，F₂代表關節角動力學系統總擾動，是F₂的估計值，D₂表示關節角動力學外部未知擾動，m為蛇形機器人的連桿質量，是蛇形機器人前進的推力系數，表示關節坐標與連桿速度到推進力的映射，c_t,c_n分別為蛇形機器人切向和法向的摩擦力系數，l為連桿長度，A、D為常數矩陣；

2.根據權利要求1所述的蛇形機器人路徑跟隨自抗擾控制方法，其特征在于，所述的蛇形機器人實時的航向參考角表示如下：

其中，是路徑跟蹤誤差，Δ0是前向距離的設計參數。

3.根據權利要求2所述的蛇形機器人路徑跟隨自抗擾控制方法，其特征在于，其中，所述的路徑跟蹤誤差式中，p_y為蛇形機器人質心坐標之縱坐標。