[发明专利]一种麦克纳姆轮全向移动机器人轨迹跟踪滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种麦克纳姆轮全向移动机器人轨迹跟踪滑模控制方法，解决了一般控制方法在控制过程中易出现收敛速度慢、耗时长，且存在抖振的问题，其技术方案要点是包括以下步骤，建立全局坐标系和连体坐标系，获取各坐标系下的运动学模型，建立驱动电机与车轮相关的系统模型，建立滑模面，设计多幂次趋近律得到控制律，将驱动电机的力矩输入作为控制输入，并代入系统模型解算状态信息进行更新，重复直至达到设定条件结束计算，建立以电机力矩为控制输入到机器人三自由度位姿为输出的四输入三输出过驱动数学模型，本发明的麦克纳姆轮全向移动机器人轨迹跟踪滑模控制方法能提高跟踪控制系统的稳定性，提高收敛速度，动态响应过程更加平滑。

技术领域

本发明涉及全向移动机器人控制技术，特别涉及一种麦克纳姆轮全向移动机器人轨迹跟踪滑模控制方法。

背景技术

O型安装的四麦克纳姆轮全向移动机器人可以在狭窄区域内能够瞬时向任意方向移动，从而轻易实现精准定位和复杂路径跟踪，在物流仓储、探险抢险、农业生产、娱乐服务等领域得到了广泛的应用，也是实现智能制造的重要支撑。不管是应对复杂而繁重的设备搬运任务，还是爆发式增长的物流快件分拣任务，移动机器人依托高效的控制方法可以做到响应快速，运动精确，极大地降低工业现场对劳动力的依赖，极高了企业的智能化水平。

通常情况下，四麦克纳姆轮全向移动机器人的每个轮子都使用一个与之连接的电机驱动，通过四个轮子的配合完成对机器人本身水平面三个自由度的位置控制要求，因此其数学模型是四输入三输出的过驱动模型。对移动机器人的控制方法众多，但一般控制方法在控制过程中易出现收敛速度慢、耗时长，且存在抖振的问题，还有待改进空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种麦克纳姆轮全向移动机器人轨迹跟踪滑模控制方法，能提高跟踪控制系统的稳定性，提高收敛速度，动态响应过程更加平滑。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种麦克纳姆轮全向移动机器人轨迹跟踪滑模控制方法，包括有以下步骤：

S1、选取机器人运动平面上任意一点为原点，建立全局坐标系、选取机器人的几何中心为原点建立连体坐标系；

S2、定义连体坐标系中的运动学模型并获得连体坐标系中机器人的位姿坐标；定义在全局坐标系下机器人的位姿，通过连体坐标系到全局坐标系间的旋转矩阵，建立全局坐标系中的运动学模型；

S3、建立驱动电机与机器人的麦克纳姆轮车轮相关的系统模型；

S4、给出机器人运动的二维平面上规划的期望位姿，得到跟踪位姿误差，建立滑模面；

S5、设计多幂次趋近律，设计驱动电机的力矩作为系统的控制输入，得到控制律；

S6、将得到的控制输入传递至S3中建立的系统模型，解算机器人下一时刻的状态信息，由当前时刻更新至下一时刻；

S7、重复步骤S2-S6，到达跟踪路径终点或跟踪上目标物后，结束计算。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

针对电机驱动的四麦克纳姆轮全向移动机器人的轨迹跟踪控制问题，考虑了驱动电机和麦克纳姆轮的特性，建立了以电机力矩为控制输入到机器人三自由度位姿为输出的四输入三输出过驱动数学模型，并基于一种改进的多幂次趋近律，设计了一种多幂次滑模控制方法保证跟踪控制系统的稳定性，提高了跟踪误差的收敛速度，克服了一般滑模控制的抖振问题，控制方法动态响应过程更加平滑，适用于工程实践。

附图说明

图1为“O”型安装的四麦克纳姆轮全向移动机器人示意图与坐标系；

图2为移动机器人跟踪过程误差计算示意图；

图3为机器人直线轨迹跟踪控制效果对比图；