[发明专利]一种移动机器人的目标轨迹跟踪方法

说明书

本发明公开了一种移动机器人的目标轨迹跟踪方法，包括以下步骤：1)建立移动机器人的运动方程,2)、建立基于虚拟领队的机器人编队运动学方程，3)、设计误差整形法和控制器控制编队误差。本发明移动机器人的目标轨迹跟踪方法，能够应用于实际的非完整移动机器人平台，能占用最少的系统资源做出最快的响应，能适用于不同的非完整移动机器人平台，闭环系统在原点平衡状态是全局一致渐进稳定的，能不改变控制器参数的取值而对各种不同的期望值都能够取得满意的跟踪效果，其控制量的变化光滑连续，降低了系统机械和能量损耗，并能延长系统有效工作时间和寿命。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别涉及一种移动机器人目标轨迹跟踪控制方法。

背景技术

移动机器人是一类高度非线性、强耦合性、时变性的动力学系统，很难建立其准确的动力学模型，对其控制具有相当大的难度。移动机器人的轨迹跟踪问题中，期望值随时间变化是运动控制中的难点所在，针对这一问题，基于各种非线性控制理论的控制方法不断涌现。到目前为止，移动机器人目标轨迹跟踪控制方法主要有：

1)非线性状态反馈控制方法；

2)滑模控制方法；

3)Back-Stepping控制方法；

4)计算力矩方法；

5)智能控制方法，其中应用最为广泛的智能控制方法是模糊控制和神经网络控制。

但以上移动机器人轨迹跟踪控制方法都存在缺点或者局限，具体如下：

1)非线性状态反馈控制方法最大的难点就是如何使系统全局渐进稳定在原点平衡状态；

2)滑模控制方法主要问题是存在“抖振”，而且是不可避免的，这是由滑模控制方法的特性决定的；

3)Back-Stepping方法实际应用起来，其设计过程比较复杂；

4)计算力矩方法对于动力学模型要求较高，即便在无任何扰动情况下建立精确数学模型也是很难实现的，故该方法实际意义不大；

5)模糊控制的缺点是需要专家经验建立模糊规则，否则控制效果将受到直接影响；神经网络控制则需要在线或离线学习，占用大量系统资源，直接影响系统的实时性。所以智能控制方法在移动机器人控制的应用大都停留在仿真阶段。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有移动机器人轨迹跟踪控制方法存在缺点及局限，提供一种兼实时性、通用性、稳定性、鲁棒性、光滑性等优点的移动机器人的目标轨迹跟踪方法。

本发明移动机器人的目标轨迹跟踪方法，包括以下步骤：

1)建立移动机器人的运动方程：

式中，u是机器人的运动速度；θ是机器人前行方向角；m代表机器人底盘的质量；J₀是机器人底盘相对于机器人两驱动轮轮距中点的转动惯量；F_r和F_l代表作用在机器人两个驱动轮上的驱动力；F_cx与F_cy代表自位轮在x_b和y_b方向上的地面摩擦力；y_b方向即两驱动轮的轴向，x_b方向垂直于y_b方向；d是两驱动轮的间距；b是自位轮轴线与两驱动轮轴线间的距离；

两个驱动轮上的驱动电动机的运动数学模型为：