[发明专利]一种基于扰动观测器的轮式移动机器人轨迹跟踪方法

说明书

本发明公开一种基于扰动观测器的轮式移动机器人轨迹跟踪方法，在运动学控制器的设计引入打滑程度，将实际位姿与期望位姿之差表示出来，若使得移动轮式机器人能够在有限时间内达到稳定，即实际运动轨迹与期望运动轨迹能够在有限时间内重合，基于此，设计出运动学线速度控制器和角速度控制器；在动力学力矩控制器的设计中，首先引入集总扰动，设计出观测器对其进行估计，在此基础之上设计出动力学力矩控制器；利用李雅普诺夫函数对稳定性进行证明。此种方法解决了轮式移动机器人存在打滑、外部干扰等情形下如何跟踪轨迹的问题，从而使得机器人实现轨迹跟踪控制。

技术领域

本发明属于移动机器人轨迹跟踪控制领域，特别涉及一种基于扰动观测器的轮式移动机器人轨迹跟踪控制方法。

背景技术

近年来，机器人技术取得了快速的发展，受到人们越来越多的关注，从上个世纪开始，机器人被广泛的应用于各个领域，给人们的生活带来了很多的便利。机器人本身集合了很多高科技技术，被广泛的应用于地理勘测、扫雷以及救援等各种危险的环境中，可以完成很多人类无法胜任的工作，这也是人类社会进步的一个重要的标志。与此同时，在工业生产领域，机器人帮助人们提高了生产效率，降低了生产成本，推动了社会的进步。

轮式移动机器人是机器人领域最重要也是最有挑战性的问题之一，它意味着机器人不再是固定在某个位置进行相应的操作，这会使得机器人的工作更加灵活。近年来，许多学者在移动轮式机器人领域开展了广泛的研究，并且取得了一定的成果。目前，轮式移动机器人在物料搬运、探测危险地域、工业运输装配以及月球和火星的探测等领域有着无可比拟的优势，因而被广泛应用。

轮式移动机器人的反馈控制主要分为点镇定、路径跟随和轨迹跟踪三个方面，点镇定是指机器人从制定的初始位置出发到终点位置，路径跟随是从初始位置一路跟随指定的轨迹，轨迹跟踪指的是能够实时的跟踪参考轨迹。本案主要利用自适应控制就其轨迹跟踪进行研究。由于机器人在运动过程中外界环境不可能一成不变，移动轮式机器人与地面之间发生滑动时，如何能够在有限时间内使得运动状态达到稳定是本案的核心内容。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种基于扰动观测器的轮式移动机器人轨迹跟踪方法，解决了轮式移动机器人存在打滑、外部干扰等情形下如何跟踪轨迹的问题，从而使得机器人实现轨迹跟踪控制。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于扰动观测器的轮式移动机器人轨迹跟踪方法，包括如下步骤：

步骤1，建立轮式移动机器人的运动学模型和动力学模型；

步骤2，引入轮式移动机器人左右轮的打滑程度S_L,S_R，表示轮式移动机器人的运动学模型，进而得到机器人的实际位姿与期望位姿之差，设计运动学控制器；

步骤3，将能够引起速度发生变化的外界扰动之和叠加，称为集总扰动η，并设计扰动观测器对其进行估计，基于此，设计动力学力矩控制器，用来驱动轮式移动机器人产生相应的速度。

采用上述方案后，本发明在运动学控制器的设计引入打滑程度S_L,S_R，利用S_L,S_R将实际位姿与期望位姿之差表示出来，若使得移动轮式机器人能够在有限时间内达到稳定，即实际运动轨迹与期望运动轨迹能够在有限时间内重合，基于此，设计出运动学线速度控制器和角速度控制器。在动力学力矩控制器的设计中，首先引入集总扰动η，设计出观测器对其进行估计，在此基础之上设计出动力学力矩控制器。利用李雅普诺夫函数对稳定性进行证明，经过分析，本发明所设计移动轮式机器人系统外部干扰，轮子打滑和参数摄动等时的轨迹跟踪控制方法，可以使得整个系统达到稳定，跟踪效果好。

附图说明

图1是本发明中移动轮式机器人的模型示意图；

图2是本发明中移动轮式机器人的实际轨迹和期望轨迹的跟踪情况示意图；