[发明专利]两轮轮式机器人点镇定增量式智能控制方法

说明书

技术领域

本发明属于智能控制应用技术领域，尤其涉及一种对两轮轮式机器人的点镇定增量式智能控制方法。

背景技术

到定点的运动控制问题是两轮轮式机器人底层控制的基本问题，即点镇定问题。两轮轮式机器人的运动控制模型如图1所示，主要由控制器G_C、左轮和右轮的双闭环轮速跟随电机系统模型G_L和G_R、以及运动模型G_M四个模块构成；整个运动控制模型的输入向量为[e_d，e_θ]^T，e_d为机器人当前所在点(x，y)与目标点(x_T，y_T)之间的距离偏差，e_θ为机器人当前朝向θ与机器人由当前所在点面向目标点方向θ_T之间的角度偏差(e_θ∈(-π，π]；通常以逆时钟方向为正，顺时钟方向为负)，T为转置符号；控制器G_C根据输入向量[e_d，e_θ]^T进行控制转换，输出机器人的左轮期望轮速u_L和右轮期望轮速u_R(本文所述的“轮速”，是指“轮转动导致的轮整体的水平运动速度”)，期望轮速向量U＝[u_R，u_L]^T与输入向量[e_d，e_θ]^T的控制关系由控制器G_C具体采用的控制方法确定；左轮电机系统模型G_L根据左轮期望轮速u_L驱动左轮转动，右轮电机系统模型G_R根据右轮期望轮速u_R驱动右轮转动，从而得到实际的左轮轮速v_L和右轮轮速v_R，左轮电机系统模型G_L和右轮电机系统模型G_R的驱动关系分别由左轮电机系统和右轮电机系统自身的硬件构成和参数确定，即电机系统一经确定，电机系统模型驱动关系也随之固化确定；两轮轮式机器人运动是由于两个轮转动引起的机器人位置和机器人朝向(合称机器人位姿)变化，因此运动学模型G_M完成两轮的实际轮速向量V＝[v_R，v_L]^T到机器人位姿变化向量的转换，作为整个系统的输出向量。该运动控制模型用数学关系表示如下：

由输入向量得到期望轮速向量：

电机系统驱动输出的实际轮速向量：

机器人由其实际轮速获得线速度和角速度：其中v为机器人的实际线速度，w为机器人的实际角速度；L为机器人左、右轮之间的轮距；

机器人的位姿变化向量：

综上，两轮轮式机器人运动控制模型的整体控制关系为：