[發明專利]一種水下多足仿生蟹機器人多足協同容錯控制方法

有效

• 申請號: 202010766930.3
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN111846009B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 孫延超;李曉佳;秦洪德;張棟梁;范金龍;陳欣巖;李凌宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;B25J9/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

一種水下多足仿生蟹機器人多足協同容錯控制方法，它涉及一種多足協同容錯控制方法，具體涉及一種水下多足仿生蟹機器人多足協同容錯控制方法。本發明為了解決水下多足機器人的不同機械足之間由于傳感器效率影響造成的通訊時延問題，以及在關節舵機出現問題時維持控制有效性的問題。本發明的具體步驟如下：用不同機械足將由于通訊設備產生的通訊時延變量構造分布式觀測器；步驟二、利用BLF方法對機械足對于領航者的軌跡跟蹤誤差進行約束；步驟三、利用神經網絡技術對機械足系統中的不確定性補償；步驟四、針對關節舵機發生故障的多足機器人系統，設計分布式自適應容錯控制算法，對水下多足仿生蟹機器人的機械足進行控制。本發明屬于機器人領域。

技術領域

本發明涉及一種多足協同容錯控制方法，具體涉及一種水下多足仿生蟹機器人多足協同容錯控制方法，屬于機器人領域。

背景技術

中國作為海洋大國，近些年隨著海上絲綢之路的提出，國家對于海洋資源的開發越來越重視。海底管道作為海洋資源重要的運輸載體，日常的檢測和維修工作非常的重要。但是由于海底工作環境惡劣，人工檢修往往面臨諸多困難。隨著海洋裝備的發展，水下多足機器人憑借其作業效率高、適應性強和相對較低的經濟成本逐漸成為專家學者的關注焦點。多足協同控制問題作為水下多足機器人的關鍵問題已經吸引了眾多專家學者的關注。

水下多足機器人目前使用能量最低理論，因此選擇合適的控制算法對于降低能量消耗是非常有必要的。考慮到多足機器人的每條機械足都可以獨立的接受控制信號并且具有運動的獨立性，所以我們借鑒多體協同控制系統的研究成果。多體協同控制系統的研究目前使用較多的是跟隨者對于領航者進行軌跡跟蹤的方式，只需要對領航者進行相應的軌跡規劃，就可以達到對于多體系統的控制效果，從而降低控制的難度和能源消耗，這剛好符合水下多足機器人的控制需求。在本研究中，我們將輸入控制信號源作為領航者，每條機械足作為跟隨者。

水下多足機器人由于工作環境的復雜性，因此關節舵機出現故障的情況時有發生，此外，如果控制誤差過大，還會造成機器人的工作效率低下。

發明內容

本發明為解決水下多足機器人的不同機械足之間由于傳感器效率影響造成的通訊時延問題，以及在關節舵機出現問題時維持控制有效性的問題，進而提出一種水下多足仿生蟹機器人多足協同容錯控制方法。

本發明為解決上述問題采取的技術方案是：本發明的具體步驟如下：

步驟一、用不同機械足將由于通訊設備產生的通訊時延變量構造分布式觀測器，僅有部分機械足可以獲得領航者的狀態信息的時候，其他的機械足利用鄰居的信息，對領航者的狀態信息進行估計；

步驟二、利用BLF方法對機械足對于領航者的軌跡跟蹤誤差進行約束；

步驟三、利用神經網絡技術對機械足系統中的不確定性補償；

步驟四、針對關節舵機發生故障的多足機器人系統，設計分布式自適應容錯控制算法，對水下多足仿生蟹機器人的機械足進行控制。

進一步的，步驟一中的具體過程為：

首先利用：

q_n+1＝Fv (2)；

獲得動態領航者的轉動角度q_n+1，公式(1)和公式(2)中v表示領航者的輔助狀態變量，且v∈R^m；是v的導數，S和F均是恒定實數矩陣，且S∈R^m×m，F∈R^n×m；

使用分布式觀測器獲得領航者的狀態估計信息：