[发明专利]轮式机器人有限时间控制方法、系统、装置及介质

说明书

本发明公开了一种轮式机器人有限时间控制方法、系统、装置及介质。该方法通过将跟踪误差模型分解为角速度误差系统和位置误差系统，对所述角速度误差系统进行有限时间控制器设计；基于反步法构造输出的李亚普洛夫函数设计线速度控制器，并最终根据所述有限时间控制器和所述线速度控制器，对所述轮式机器人进行轨迹控制。该系统包括建立模块、分解模块、第一设计模块、第二设计模块和控制模块。该方法具有有限时间稳定与更好的抗扰动性能，可以更好满足轮式机器人轨迹跟踪系统的要求，使得机器人具有更加好的抗干扰能力和通用性。本发明可广泛应用于控制技术领域内。

技术领域

本发明涉及控制技术领域，尤其是一种轮式机器人有限时间控制方法、系统、装置及介质。

背景技术

随着科技的快速发展，机器人在不同产业上的工作场景不断延伸，从原先单一的传统制造业向农业，物流交通、医疗健康等非制造业迁移——即服务移动机器人，机器人控制技术的研究也出现了从固定式的机械臂、机械手转向能够在未知环境中实现自主组织运行和规划的智能移动机器人。近些年来，智能化移动机器人控制技术在成为机器人研究领域最活跃的分支之一。随着应用场景和移动方式的不同，机器人技术研究内容也有很大差别。但各式各样的机器人都存在一些共同拥有的技术基础如传感器技术、移动技术、操作器、控制技术等方面。目前用轮子和足并用的混合式机器人、轮式、仿生物等各式各样的移动机构机器人中，轮式机器人是其中最节约成本，应用场景最广泛的一种。

另一方面，随着机器人执行任务的难度和性能要求的提高，人们对移动机器人在未知复杂环境下能够快速稳定开展工作和拥有良好的抗扰动性能有更高的期望。因此，设计一个抗干扰能力强，能够有限时间稳定的轮式机器人控制系统十分重要。

目前，在机器人运动控制领域中，对轮式机器人控制目的的不同可以把常用的运动反馈控制分为三种：路径跟随、轨迹跟踪、点镇定。但目前的研究成果中，有以下不足：1、已提出的轨迹跟踪控制方法普遍是局部渐进稳定或是全局渐进稳定；2、传统方法大多属于无限时间控制，存在跟踪时间过长或是跟参考轨迹的时间趋于无穷大，从而引起跟踪性能下降，甚至出现对参考轨迹的跟踪失败的情况；即存在跟踪时间过长，抗干扰能力差等缺点。因此，现有技术存在问题还急需得到解决。

发明内容

本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本申请实施例的一个目的在于提供一种轮式机器人有限时间控制方法，该方法可以使控制轮式机器人的系统在有限时间内稳定，使得机器人具有更加好的抗干扰能力和通用性。

本申请实施例的另一个目的在于提供轮式机器人有限时间控制系统。

为了达到上述技术目的，本申请实施例所采取的技术方案包括：

第一方面，本申请实施例提供了轮式机器人有限时间控制方法，包括以下步骤：

建立轮式机器人的动力学模型，并基于所述动力学模型得到跟踪误差模型；

将所述跟踪误差模型分解为角速度误差系统和位置误差系统；

对所述角速度误差系统进行有限时间控制器设计；

基于反步法构造输出的李亚普洛夫函数设计线速度控制器，所述线速度控制器使得所述位置误差系统收敛有界；

根据所述有限时间控制器和所述线速度控制器，对所述轮式机器人进行轨迹控制。

另外，根据本发明上述实施例的轮式机器人有限时间控制方法，还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，基于齐次性理论对所述角速度误差系统进行有限时间控制器设计。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述并基于所述动力学模型得到跟踪误差模型这一步骤，其具体包括：