[发明专利]一种基于节能考虑的轮式移动机器人轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.一种基于节能考虑的轮式移动机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于，步骤为：

(1)根据轮式移动机器人的能耗特点，重点考虑机器人巡航时的驱动电机能耗优化，构建电机能耗模型；

(2)根据轮式移动机器人轨迹跟踪的特点，建立运动学模型及跟踪误差模型，设计运动学跟踪子控制器；

(3)根据运动学模型和电机能耗模型之间的内在关联机制，构建其关联模型；

(4)设计节能子控制器，获得一种基于节能考虑的轮式移动机器人轨迹跟踪控制策略。

2.根据权利要求1所述的基于节能考虑的轮式移动机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于，具体实现过程为：

(a)由路径规划算法给出当前时刻的轮式移动机器人参考位姿p_r＝[x_r y_r θ_r]^T和参考速度q_r＝[v_r ω_r]^T；由轮式移动机器人定位模块反馈得到当前时刻的轮式移动机器人当前实际位姿p_c＝[x y θ]^T；比较p_r与p_c可得到轮式移动机器人在全局坐标系{X-O-Y}下的位姿误差矢量，再经过坐标转换矩阵T转换得到局部坐标系{X₀-C-Y₀}下的位姿误差矢量p_e＝[x_e y_e θ_e]^T；

(b)上步中的误差矢量p_e和参考速度q_r一起作为轮式移动机器人运动学跟踪子控制器的输入，输出期望速度控制率q_d＝[v_d ω_d]^T；

(c)进入一个节能子控制器进行能量优化处理。由于轮式移动机器人的巡游过程是机器人能耗的关键，故本发明仅考虑前进线速度v_d的节能优化，通过一个节能子控制器寻找一个考虑节能的最优跟踪速度v_d^*，使对于任意初始误差p_e(t＝0)，系统在该最优控制输入q_d^*＝[v_d^*ω_d]^T的作用下实现误差矢量p_e＝[x_e y_e θ_e]^T有界且同时系统机械能耗有最小值，即找到解析解v_d^*最小化节能目标函数。因此本发明最终提供的基于节能考虑的轮式移动机器人轨迹跟踪控制律为q_d^*＝[v_d^* ω_d]^T。