[发明专利]电机参数未知的全方位移动机器人的轨迹跟踪控制方法

说明书

本发明涉及一种电机参数未知的全方位移动机器人的轨迹跟踪控制方法，包括下列步骤：步骤一：建立全方位移动机器人系统动力学模型；步骤二：根据动力学模型(1)设计优化的滑模扩张状态观测器；步骤三：设计自适应滑模控制器，给出更新算法。

技术领域

本发明涉及一种三轮全方位移动机器人轨迹跟踪的控制问题。针对全方位移动机器人系统存在的外部扰动及电机参数未知的问题，利用机器人动力学系统本身的结构特性设计自适应滑模的控制方法，同时利用优化后的扩张状态观测器对系统内、外部扰动部分设计估计补偿方法。提出一种电机参数未知的全方位移动机器人的轨迹跟踪控制方法。

背景技术

全方位移动机器人是一种具有完全的3个自由度的机器人，拥有着比一般机器人更高的机动性和灵活性，它可以在任意方向上改变方向和移动，而且不需要重新定向。由于它在日常生活中和各种工业应用中的独特性，现在被人们广泛的应用在了各种场景中，如餐厅，医院，工厂等。全方位移动机器人的轨迹跟踪是其自主导航的重要组成部分。具有良好地轨迹跟踪能力的移动机器人可以更高效、更准确地完成工作。由于全方位移动机器人系统是非常复杂的非线性、强耦合系统，很难建立准确的系统模型，因此其轨迹跟踪控制成为机器人研究领域的一个具有挑战性的热点问题。

针对全方位移动机器人的轨迹跟踪问题，国内外已经有众多学者进行了研究。日本佐贺大学学者研究了解析加速度控制方法、比例积分微分(PID)控制方法、模糊模型法和随机模糊伺服法四种经典控制方法(会议：Second International Conference onKnowledge-Based Intelligent Electronic Systems Second InternationalConference on Knowledge-Based Intelligent Electronic Systems；著者：Watanabe K；出版年月： 1998；文章题目：Control of an omnidirectional mobile robot；页码：51-60)；美国俄亥俄大学学者研究了一种基于沿期望轨迹的线性化及逆动力学的轨迹线性化控制方法，并通过仿真说明该方法的控制效果(会议： American Control Conference；著者：Y.Liu,X.Wu,J.Zhu,J.Lew；出版年月：2003；文章题目：Omni-directional mobilerobot controller design by trajectory linearization；页码：3423-3428)；康奈尔大学学者针对理想的全方位移动机器人研究了一种近似最佳的控制算法，并利用仿真验证了算法的有效性(期刊：Robotics Autonomous Systems；著者：T.Kalmár-Nagy,R.D’Andrea,P.Ganguly；出版年月：2004；文章题目： Near-optimal dynamic trajectory generationand control of an omnidirectional vehicle；页码：47-64)；墨西哥学者研究了一种基于动力学模型的计算转矩控制方法(会议：International Conference on Electricaland Electronics Engineering IEEE；著者：Vazquez,J.A.,M.Velasco-Villa；出版年月：2007；文章题目： Computed-Torque Control of an Omnidirectional Mobile Robot；页码：274-277)；蒂宾根大学学者研究了一种模型预测控制算法(会议：InternationalConference on Robotics and Automation；著者：K.Kanjanawanishkul, A.Zell；出版年月：2009；文章题目：Path following for an omnidirectional mobile robot based onmodel predictive control；页码：3341-3346)；中国台湾中国文化大学学者研究了一种全方位移动机器人平滑切换鲁棒自适应控制，并利用仿真验证了算法的有效性(期刊：TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY；著者：J.-T.Huang,T.Hung,and M.-L.Tseng；出版年月：2015；文章题目：Smooth Switching Robust Adaptive Control forOmnidirectional Mobile Robots；页码：1986-1993)。日本立命馆大学的学者将自抗扰控制用于三轮全方位移动机器人，使用扰动观测器来估计未建模动态、参数不确定性、输入输出交叉耦合和外部干扰。(会议：IEEE ISR 2013；著者：Chao Ren,Shugen Ma；出版年月：2013；文章题目： Analysis and control of an omnidirectional mobilerobot)。