[發明專利]一種基于改進趨近律的移動機器人路徑跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 202011111003.4
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112379590B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 馬曉敏;馮子金;朱磊;董免;崔琳;張曉丹;楊燁
• 申請（專利權）人: 西安工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 涂秀清

1.一種基于改進趨近律的移動機器人路徑跟蹤控制方法，其特征在于，具體按照如下步驟進行；

步驟1：獲取路徑參數；

定義距離偏差和角度偏差，建立路徑跟蹤誤差模型；用相機采集參考路徑圖像；然后對采集到的圖像進行閾值分割和細化；最后，通過坐標轉換和擬合計算出移動機器人坐標系下的距離偏差和角度偏差；

所述路徑跟蹤誤差模型可描述為如下公式(1)：

其中，定義x₁＝x_e，x₂＝θ_e，u＝w，x_e為移動機器人與參考路徑之間的距離偏差，θ_e為角度偏差，v為移動機器人的運動速度，u為控制律；

所述相機為Kinect相機；

所述細化具體包括：采用OpenCV視覺庫中的Zhang快速并行細化函數voidimthinning，從而得到參考路徑對應的單像素點集合，然后得到參考路徑的像素坐標，將像素點坐標從相機坐標系轉換到移動機器人坐標系下；

所述坐標擬合具體為：計算均值，計算相關系數，計算回歸系數和回歸常數，得到參考路徑方程；

步驟2：設計控制器：

設計基于反演方法的切換函數，對雙冪次趨近律進行改進后，得到基于改進雙冪次趨近律的反演滑模控制律；

所述切換函數s為如下公式(13)：

s＝θ_e+arctan(vx_e) (13)；

所述基于改進雙冪次趨近律的反演滑模控制律u為如下公式(19)：

其中，k₁、k'、α和α′為控制律系數；

α′的取值為：

k₁0，k'0，α1，0β1，由于雙冪次項的指數α′是可變的，因此系統在不同階段的趨近速度會自適應地隨著系統狀態而調節，當系統狀態遠離滑動模態時,式中-k₁|s|^αsgn(s)-k′|s|^|s|sgn(s)起主導作用使得系統狀態以較快的速度趨近滑模面；反之-k'|s|^βsgn(s)起主導作用且以較慢的速度到達滑模面；

步驟3：根據步驟2得到的所述反演滑模控制律，使得移動機器人沿著期望的路徑運動，通過仿真和基于真實場景的遠程控制實驗實現準確快速的路徑跟蹤。