[发明专利]一种非标准连接拖挂式移动机器人方向角控制方法及系统

说明书

本公开提供了一种非标准连接拖挂式移动机器人方向角控制方法及系统，根据获取的牵引机器人和拖挂式机器人的参数，得到与拖挂式机器人和牵引机器人当前夹角以及期望方向角相关的牵引机器人转向角控制律，牵引机器人按照设定转向角运动，拖动拖挂式机器人按照期望方向角进行平稳的反向运动；本公开解决了非标准连接拖挂式移动机器人的方向跟踪控制问题，为非标准连接拖挂式移动机器人反向运动控制提供了理论指导，有益效果显著，适于应用推广。

技术领域

本公开涉及机器人方向角控制技术领域，特别涉及一种非标准连接拖挂式移动机器人方向角控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

拖挂式移动机器人由位于最前端的牵引机器人(tractor)和由之拖动的多个被动的拖挂式机器人(trailer)组成，牵引机器人执行转向和驱动功能，而拖挂式机器人跟随牵引机器人运动。拖挂式移动机器人一方面具有移动机器人的运动能力，另一方面可以拓展移动机器人的其它功能。拖挂式移动机器人具有较高的应用价值。目前，拖挂式移动机器人的研究对象主要为室内服务机器人，如清洁机器人，救援机器人，在工厂仓库、机场用于运输货物、搬运行李、货物中转等任务的运输机器人。例如清洁机器人，可以在移动机器人后拖挂一个清扫和收集垃圾的卡车，从而降低成本，提高效率；另外，救援机器人可以通过拖挂增加其运输能力，同时拖挂式机器人节数也可以灵活改变，以便运输大量物体。

国际机器人技术联合会对服务机器人有一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类的服务工作，但不包括从事生产的设备。从广义上可以认为服务机器人是指除工业机器人之外的各种机器人，主要应用于服务业，如水下机器人、清洁机器人、救援机器人等。目前，服务机器人正在以飞快的速度发展壮大。近几年服务类机器人在国内市场呈现高速增长趋势。

针对标准连接的拖挂式移动机器人，根据链式幂零系统，利用正弦时变方法，可使系统从初始状态运动到任意所需的状态，有研究人员提出引入了平面度和线性输出的概念，以此来解决带有两节拖挂式机器人的移动机器人的停车问题；对于未转换的系统，有研究人员提出一种用于带有n节拖挂式机器人的机器人矢量场定向控制器，它可以引导机器人稳定地运动到给定点。带有拖挂式机器人的移动机器人的路径和轨迹跟踪问题也得到了很多专家的研究；有研究人员专为卡车和拖挂式机器人设计了混合控制器，它可以稳定的跟踪轨迹从而避免了jack-knife的影响；有研究人员利用Lyapunov技术为单轴拖挂式机器人提出了一个渐近稳定的路径跟踪控制器；有研究人员提出了一种鲁棒自适应反馈线性化动态控制器来跟踪根据移动机器人运动学模型规划出的参考轨迹；针对标准连接的拖挂式移动机器人，有研究人员提出一种n节拖挂式移动机器人反向运动时的方向角控制方法。

本公开发明人发现，非标准连接的拖挂式移动机器人研究相对较少，从控制问题研究角度来看，由于拖挂式移动机器人系统的内在特性，如运动学模型高度非线性，非完整约束，结构奇异和反向运动时的不稳定性，带有拖挂式机器人的移动机器人的反向运动控制问题难度较大。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种非标准连接拖挂式移动机器人方向角控制方法及系统，通过设定牵引机器人转向角控制律，控制牵引机器人按照设定转向角运动，即可拖动拖挂式机器人按照期望方向角进行平稳的反向运动。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种非标准连接拖挂式移动机器人方向角控制方法。

一种非标准连接拖挂式移动机器人方向角控制方法，根据获取的牵引机器人和拖挂式机器人的参数，得到与拖挂式机器人和牵引机器人当前夹角以及期望方向角相关的牵引机器人转向角控制律，牵引机器人按照设定转向角运动，拖动拖挂式机器人按照期望方向角进行平稳的反向运动。

作为可能的一些实现方式，所述转向角控制律，具体为：