[发明专利]一种双轮机器人的直接控制方法

说明书

本发明公开了一种双轮机器人的直接控制方法，包括以下步骤：S1：构建机器人跟踪目标的运动轨迹；S2：通过分析机器人的运动过程构建机器人运动方程；S3：利用步骤S1所述跟踪目标的运动轨迹与步骤S2所述运动方程构建误差函数，结合零化动力学方法与梯度动力学方法计算得到控制量；S4：将所述控制量传递给机器人的控制器用于直接控制机器人。本发明设计方法简单直接，通过零化动力学方法与梯度动力学方法的引入确保了误差函数的收敛，提高了控制精度；本发明中设计的参数少，易于选择，克服了传统方法中参数较多难以选择的问题，便于直接计算出控制量。

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，更具体地，涉及一种双轮机器人的直接控制方法。

背景技术

机器人已经成为当代社会经济生产活动中不可或缺的工具。其中，双轮式移动机器人，作为一种常见的移动机器人，因其结构组成简单，活动范围大，运动灵活的特点得到了业界的垂青，在平坦地面环境中有着广泛的应用场景，如扫地清洁机器人，物流仓储运输机器人以及救援机器人等。对双轮移动机器人的控制已经成为了经济生产应用中非常重要的研究内容之一。

目前双轮移动机器人的控制方法通常采用PID法。作为应用最广的经典控制器设计方法，PID法因其用途广泛、设计灵活的特点在工业界的控制任务中已有广泛的应用。但美中不足的是，PID法中三个参数的调整问题往往需要根据使用者积累的经验，而未能有一套简单直接的确定方法，从而导致调参过程会耗费操作人员的时间，降低完成控制器设计任务的效率。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中机器人控制方法的参数繁多，无法直接简便控制、控制精度低的缺陷，提供一种双轮机器人的直接控制方法。

本发明的技术方案如下：

一种双轮机器人的直接控制方法，包括以下步骤：

S1：确定机器人跟踪目标的运动轨迹；

S2：通过分析机器人的运动过程构建机器人运动方程；

S3：利用步骤S1所述跟踪目标的运动轨迹与步骤S2所述运动方程构建误差函数，结合零化动力学方法与梯度动力学方法计算得到控制量；

S4：将所述控制量传递给机器人的控制器用于直接控制机器人。

本方案中，步骤S1所述机器人跟踪目标的运动轨迹表示为r_d＝[x_d，y_d]^T，

其中，x_d表示x方向的目标运动轨迹，y_d表示y方向的目标运动轨迹。

本方案中，机器人跟踪目标的运动轨迹还包括：x方向的目标运动速度y方向的目标运动速度

本方案中，步骤S2所述的运动方程表示如下：

其中，x和y表示机器人在笛卡尔坐标系中轨迹的实际位置，θ为机器人的转向角，即机器人前进方向与横轴的夹角，u₁和u₂分别为机器人移速与角速度的控制量。

本方案中，S3：利用步骤S1所述跟踪目标的运动轨迹与步骤S2所述运动方程构建误差函数表示如下：

零化动力学方法数学表达式如下：

利用零化动力学方法表示控制量u₁如下

其中，λ为调整零化动力学方法收敛速度的正实数；将零化动力学方法表示的控制量u₁结合梯度动力学表示如下：