[发明专利]一种基于积分滑模算法的轮式移动机器人主从式编队控制方法

摘要

一种基于积分滑模算法的轮式移动机器人主从式编队控制方法。1)建立每个机器人位姿的运动学方程；2)根据设定的期望距离和方向角计算从机器人的运动学控制律；3)基于步骤2)求得的运动学控制律，计算从机器人的动力学积分滑模控制律。该方法针对具有非完整约束的轮式移动机器人的主‑从结构编队问题给出了保证编队效果的动力学积分滑模控制律的设计方法，其中，主机器人起领航的作用，从机器人保持设定的期望距离和期望方向角跟随主机器人运动。所述编队控制方法快速、灵活，可以现实较好的编队控制效果且具有很强的鲁棒性。

主权项

针对具有非完整约束的轮式移动机器人，提出一种基于积分滑模算法的主从式编队控制方法，编队过程中，主机器人起领航的作用，从机器人保持设定的期望距离Ls和期望方向角跟随主机器人运动，所述编队控制方法的特征在于该方法在实施过程中包括以下技术步骤：1)建立每个机器人位姿的运动学方程如下：x·i=vicosθiy·i=visinθiθ·i=ωi---(1)]]>其中，vi和ωi分别表示第i个机器人的线速度和角速度，xi，yi和θi分别为第i个机器人的轮轴中心点在平面坐标系中的横坐标、纵坐标和方向角；2)根据设定的期望距离和方向角计算从机器人的运动学控制律，以线速度vu和方向角ωu作为从机器人的运动学控制输入，具体表达式如下：其中，d是从机器人几何中心与轮轴中心的距离，vl表示主机器人的线速度，ωl表示主机器人的角速度，标量kx，ky，kθ＞0是用于调节跟踪速率和精度的控制器设计参数，ex，ey和eθ分别表示在从机器人坐标系中从机器人的横坐标、纵坐标和方向角与设定值之间的偏差，其具体表达式如下：上式中，L和分别为主从机器人之间的实际距离和方向角，θlf＝θl‑θf，θl和θf分别是主机器人和从机器人在平面坐标系中的方向角，θs表示从机器人坐标系中从机器人方向角的设定值；3)基于步骤2)求得的运动学控制律，计算从机器人的动力学积分滑模控制律τ，其具体表达式如下：τ=[M‾-1B‾]-1[λe1+V·]+[M‾-1B‾]-1Ksgn(s1)sgn(s2)---(4)]]>其中，m是机器人的重量，I是机器人的惯量，r是车轮半径，R是二分之一的轮轴长度，K＝diag(k1,k2)，标量k1，k2＞0和λ＞0是用于调节控制效果的控制器设计参数，滑模变量s1和s2如下式所示：s=s1s2=e1+λe2---(5)]]>e1=V-Ue2=∫0te1dt---(6)]]>V＝[vs ωs]T和U＝[v ω]T分别为机器人的期望速度向量和实际速度向量。