[发明专利]一种轮式机器人平台精确控制方法

摘要

本发明公开了一种轮式机器人平台精确控制方法，包括如下步骤：步骤(1)轮式机器人平台纵横向耦合规律；步骤(2)轮式机器人平台的结构设计；步骤(3)轮式机器人平台的仿人智能控制算法；步骤(4)仿真试验与验证；步骤(5)实车试验与验证。本发明所述轮式机器人平台的智能运动控制方法，最终实现轮式机器人平台的精确运动控制，不仅对提高轮式机器人的性能有着重要的实际意义，而且对理论研究和以后的产品商业化亦有着重要的意义，满足实际应用需求。

主权项

1.一种轮式机器人平台精确控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(1)轮式机器人平台纵横向耦合规律以轮式机器人平台纵向、横向和横摆运动这三个自由度(暂时不考虑轮胎纵向力和横向力的藕合等)，简化转向系统，直接以前轮转角作为输入，并且轮式机器人平台左右两侧动力学对称，则轮式机器人平台的动力学方程为(轮式机器人平台坐标系及其模型，如图1所示)：其中，m为平台质量；I_Z为平台绕Z轴的转动惯量；V_x为平台纵向速度；V_y为横向速度；δ为转向轮转角；为横摆角速度；F_roll为滚动阻力；c_x为纵向风阻系数；c_y为横向风阻系数；l_f：质心至前轴的距离；l_r：质心至后轴的距离；步骤(2)轮式机器人平台的结构设计步骤(3)轮式机器人平台的仿人智能控制算法(3.1)确定目标轨迹根据轮式机器人平台自主行驶时对性能指标的要求，首先确定出其理想的单位阶跃响应过程，然后把这个过程变换到误差相平面上，以设计出理想的误差轨迹，最后把这条理想的误差轨迹当做仿人智能控制器进行设计的目标；(3.2)建立特征模型依据所确定的目标误差轨迹在误差相平面上所处的不同位置，选择合适的特征基元集Q_i，并划分出不同的特征状态区域，以构建出所需要的特征模型Φ_i；(3.3)设计控制规则和控制模态集首先根据轮式机器人平台自主行驶时其状态所处的特征模型与目标轨迹之间的差异和目标轨迹的移动趋势等，设计出各种不同的具体控制模态，并确定出各种控制模态中的具体参数，然后根据各种特征模型，确定不同的控制模态；步骤(4)仿真试验与验证设计普通弯道、直角弯道、“8”字形道路等典型道路轨迹，在SIMULINK中进行仿真实验与调试，验证和完善所提出的轮式机器人平台的协调运动控制方法，为轮式机器人平台的精确运动控制提供方法指导，为进一步的实车实验提供理论依据；具体包括：(4.1)普通弯道和直角弯道道路轨迹普通弯道道路轨迹设计，如图4所示，其方程为：直角弯道道路轨迹设计，如图5所示，其方程为图4中θ＝π/2的特殊情况；(4.2)8字形试验道路轨迹8字形道路轨迹设计，如图6所示，其方程为：步骤(5)实车试验与验证以设计的轮式机器人平台仿人智能运动控制器应用于对实车的控制，包括静态试验和动态试验：(5.1)静态试验所设计的智能运动控制器在仿真试验的基础之上，用于实车控制，测试和验证轮式机器人平台两个驱动轮之间的协调配合关系，进一步完善控制器的性能，为下一步的动态试验奠定基础；(5.2)动态试验在静态试验的基础上，通过事先设定的道路轨迹数据作为轮式机器人平台的期望轨迹，进一步测试、验证和完善所设计的轮式机器人平台仿人智能运动控制器对实车的控制效果，最终实现轮式机器人平台的精确运动控制。