[发明专利]一种反演滑模控制的轮式移动机器人的轨迹跟踪方法

说明书

本发明提供了一种反演滑模控制的轮式移动机器人的轨迹跟踪方法，该轨迹跟踪方法首先对轮式移动机器人进行建模，然后根据其模型建立运动学方程，在得到其目标轨迹方程后，建立其位姿误差方程，同时给出满足有界输入的约束条件，利用该约束条件设计出轮式移动机器人的反演滑模控制器，最后针对设计出来的控制器进行稳定性分析，在对控制器的输入进行有界约束后得到的控制器的控制精度，达到了对轮式移动机器人轨迹精准跟踪的目的。

技术领域

本发明涉及轮式移动机器人的轨迹跟踪控制技术领域，更具体地，涉及一种反演滑模控制的轮式移动机器人的轨迹跟踪方法。

背景技术

机器人诞生是20世纪科学技术的一大进步，尤其是近些年，机器人技术得到飞速发展，不断向智能化、多元化方向发展，已经成功应用于军事、海洋探测、医院、工业、家庭等领域。移动机器人集成了传感器技术、机械技术以及计算机技术，是机器人研究中的一个重要分支。

移动机器人的路径跟踪精度影响了整个系统的性能，由于移动机器人是一种高度复杂的非线性系统，导致获得高精度的移动机器跟踪结果十分困难，路径跟踪精度问题获得越来越广泛的关注。

因此设计出一种精度较高的跟踪算法，对移动机器人在实际应用中的系统提升具有显著的意义。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种反演滑模控制的轮式移动机器人的轨迹跟踪方法，通过对控制器的输入进行有界控制，从而实现提高整个移动机器人的路径跟踪系统的控制精度。

为了实现上述目的，本发明提供一种反演滑模控制的轮式移动机器人的轨迹跟踪方法，具体包括如下步骤：

步骤1、轮式移动机器人模型建立以及得到其运动学方程和目标轨迹方程；

独立双后轮差动驱动移动机器人通过两个后轮的不同速度来控制机器人的速度和方向，在移动机器人的工作平面内建立直角坐标，得到移动机器人模型；

根据所述移动机器人模型，得出机器人的运动学模型方程(1)以及目标轨迹方程(2)：

其中，和是移动机器人模型在直角坐标系中的x和y轴的速度，是移动机器人模型的移动角速度，和是移动机器人模型在直角坐标系中的x和y轴的目标速度，是移动机器人模型的移动目标角速度，v和ω分别是移动机器人模型的移动线速度和角速度，θ是移动机器人模型与x轴的夹角，ω_d是移动机器人模型的移动目标角速度，θ_d是移动机器人模型与x轴的目标夹角；

步骤2、轮式移动机器人位姿误差方程建立；

由坐标基本变换公式，并且结合所述移动机器人模型得到移动机器人的位姿误差方程(3)：

其中，是移动机器人模型x轴的速度误差，是移动机器人模型y轴的速度误差，是移动机器人模型的角速度误差；

步骤3、给出满足有界输入的约束条件；

假设需跟踪的路径为如果机器人能够收敛并遵循约束条件，则可跟踪：

其中，控制输入v^*(t)和ω^*(t)为移动机器人模型的移动线速度和角速度，V_min是设定线速度的最小值，V_max是设定线速度最大值，W_max是设定角速度的最大值；

根据移动机器人的运动学模型方程(1)，如果可跟踪，那么移动机器人的控制输入也必须满足约束条件(4)；

对于都有：