[发明专利]基于运动学的攀岩机器人轨迹跟踪反推控制算法

说明书

本发明公开一种基于运动学的攀岩机器人轨迹跟踪反推控制算法，包括如下步骤：(1)设定受控对象的二阶系统的控制律；(2)将式二阶系统的控制律分为子系统1和子系统2，分别计算子系统1和子系统2的控制律；(3)将子系统1和子系统2的控制律结合构成系统总体控制律。本算法通过逆向设计，首先根据控制变量设计李雅普诺夫函数，然后根据李雅普诺夫函数推导满足稳定性的控制律。由于存在反推控制律，因此设计的控制律必须是渐近稳定的或全局稳定的，因此，本算法可以应用于机器人的轨迹跟踪中，可为其提供稳定的算法，有助于提高机器人运动轨迹的。

技术领域

本发明涉及机器人轨迹跟踪算法技术领域，尤其涉及一种基于运动学的攀岩机器人轨迹跟踪反推控制算法。

背景技术

爬壁机器人的轨迹跟踪控制器的设计目标是，在有限的时间内，系统的任何初始状态以及系统的初始状态下，使系统在一定的误差范围内稳定，快速地收敛到所需的轨迹。系统外部存在不确定的干扰。另外，控制器在控制系统收敛过程中应具有良好的鲁棒性。在实际控制中，不是单独执行驱动轮电动机的闭环控制，并且每个驱动轮电动机之间存在很大的耦合。这种强耦合现象使攀岩机器人表现出严重的非线性特性，给机器人的动态控制带来了不便。攀岩机器人的运动控制有两个主要要求。一是如何实现闭环控制误差系统的稳定性，使实际轨迹误差在最短时间内趋于零。二是如何稳定有效地抑制外界干扰，从而将干扰信号对跟踪精度的影响减小到一定范围。

跟踪攀岩机器人主要有现代控制理论方法和智能控制方法。从现代控制理论的角度来看，成熟的攀岩机器人的运动控制技术可以分为三类：参数自适应控制，滑模变结构控制和现代鲁棒控制。攀岩机器人的控制技术采用智能控制方法，可分为神经网络控制，模糊控制，专家控制和交叉控制；智能控制理论是针对传统控制理论的缺陷而开发的，它是为复杂的控制任务和目的而开发的，机器人是智能控制的重要应用领域之一，近年来，越来越多的学者开始将智能控制方法引入机器人控制。

在此背景下，本设计提出一种基于运动学的攀岩机器人轨迹跟踪反推控制算法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种基于运动学的攀岩机器人轨迹跟踪反推控制算法。

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：

公开一种基于运动学的攀岩机器人轨迹跟踪反推控制算法；包括如下步骤：

(1)设定受控对象的二阶系统的控制律；

(2)将式二阶系统的控制律分为子系统1和子系统2，分别计算子系统1和子系统2的控制律；

(3)将子系统1和子系统2的控制律结合构成系统总体控制律。

步骤(1)具体为：

假设受控对象的二阶系统的控制律为：

步骤(2)中子系统1的控制律步骤具体为：

(21)设系统错误为z₁：

z₁＝x₁-z_d (式2)；

其中z_d是期望系数,推导式1、式2得z₁：

(22)子系统1的控制量定义为：

(23)辅助控制量定义为：

z₂＝x₂-a₁(式5)；

(24)根据backstepping方法原理，子系统1的Lyapunov函数为：