[发明专利]一种机器人轨迹跟踪方法

说明书

本发明涉及一种机器人轨迹跟踪方法。将机器人的离散运动轨迹作为跟踪轨迹，根据跟踪轨迹计算机器人坐标系中的机器人位姿误差，根据本发明设计的控制律计算跟踪速度，根据跟踪速度预估下一时刻的机器人全局位姿，然后计算出预估全局位姿与目标位姿的误差，根据用评价函数计算误差评价值，寻找评价值最低的速度作为当前时刻实际的跟踪速度。本发明基于Lyapunov函数构造控制律，能够同时跟踪机器人的位置和姿态；同时，本发明通过引入动态窗口确定参数，提高了跟踪的动态性能，跟踪曲线更贴合、更平滑。

技术领域

本发明属于机器人导航与控制技术领域，具体涉及一种机器人轨迹跟踪方法。

背景技术

机器人在实际运动控制过程中总会产生误差，或者是由于其他原因导致机器人在一定程度上偏离了设定的位置或姿态。如何发布速度指令以使得机器人能够良好地跟踪给定的路径或轨迹是解决误差时需要考虑的重要问题之一。跟踪控制包括路径跟踪和轨迹跟踪，前者跟踪的目标主要通过几何路径的方式表达，后者则通过各状态的时间函数表达。相比路径表达式，轨迹函数不仅包含了路径信息，而且隐含了目标机器人的速度信息，轨迹跟踪问题所研究的内容比路径跟踪问题更为丰富，也更为困难，但其研究的意义也更大。

目前的跟踪控制算法一般基于非线性控制理论，如预测控制、模糊控制，或者几何因素，如纯追踪(pure pursuit)算法。常用的控制器包括传统及改进的PID控制器和基于Lyapunov函数构造的控制器。传统的跟踪控制算法大多只能单独跟踪位置或姿态，难以在跟踪位置的同时跟踪机器人的位姿。另外，传统跟踪控制算法的稳定性和动态性能并不理想，不能满足较高要求的跟踪控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人轨迹跟踪方法，基于Lyapunov函数构造控制律，能够同时跟踪机器人的位置和姿态；同时，本发明通过引入动态窗口确定参数，提高了跟踪的动态性能，跟踪曲线更贴合、更平滑。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种机器人轨迹跟踪方法，步骤如下：

步骤1，将机器人的离散运动轨迹作为跟踪轨迹(x_d(nT),y_d(nT),θ_d(nT))，其中，T为采样时间，x_d(nT)、y_d(nT)和θ_d(nT))分别表示第nT时刻机器人离散运动轨迹中机器人位姿的横坐标、纵坐标和角度；

步骤2，按照下式计算机器人坐标系中的机器人位姿误差(x_e(nT),y_e(nT),θ_e(nT))，

其中，x(nT),y(nT),θ(nT)分别为第nT时刻机器人在全局坐标下的横坐标、纵坐标和角度；

步骤3，按照下式所示的控制律，计算跟踪速度(v_j(nT),ω_j(nT))，

其中，v_d(nT)和ω_d(nT)分别表示机器人在第nT时刻的线速度和角速度；v_j(nT),ω_j(nT)分别为，在第nT时刻，机器人控制器参数为α_j时，控制器给出的线速度和角速度；设参数间隔i，0i1，以i为间隔遍历；设控制器参数α，将第j个α的取值记作α_j，即α₁＝i,α₂＝2i,...,直到小于1的最大的α值；

步骤4，根据跟踪速度(v_j(nT),w_j(nT))，按下式预估(nT+T)时刻的机器人全局位姿