[发明专利]一种基于运动学的轮式移动机器人抗饱和控制方法

说明书

本发明属于机器人控制的技术领域，具体涉及一种基于运动学的轮式移动机器人抗饱和控制方法，包括步骤一：建立受执行器饱和约束的轮式移动机器人运动学模型；步骤二：输入轮式移动机器人的期望轨迹，根据期望轨迹和轮式移动机器人当前姿态构建误差系统；步骤三：设计抗饱和控制器，使得执行器饱和的轮式移动机器人轨迹跟踪系统处于稳定状态；步骤四：采用李亚普诺夫函数对抗饱和控制器进行检验。本发明解决了轮式移动机器人轨迹跟踪控制容易达到执行器饱和的问题，使得轮式移动机器人能够充分利用执行器的驱动能力，在执行器会处于饱和状态，还能够稳定完成轨迹跟踪。

技术领域

本发明属于机器人控制的技术领域，具体涉及一种基于运动学的轮式移动机器人抗饱和控制方法。

背景技术

平面移动机器人作为一种移动平台具有机械结构简单、移动灵活、载重能力强等特点，在智能家居、仓库储存、物流搬运等场景都有广泛的应用，受到广泛关注。

平面移动机器人的驱动是依靠电机带动驱动轮进行驱动，在实际工程中，电机由于物理条件的限制只能达到有限的转速，因此平面移动机器人的轨迹跟踪控制存在执行器饱和现象。执行器饱和会导致系统调节时间延长、超调增大、甚至系统不稳定。而在现有的抗饱和控制器中，往往通过选取极小的控制器可调节参数使得控制器避开饱和现象，这种方法往往不能充分利用执行器的驱动能力，使得系统稳定速度大大降低。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种基于运动学的轮式移动机器人抗饱和控制方法，解决了轮式移动机器人轨迹跟踪控制容易达到执行器饱和的问题，使得轮式移动机器人能够充分利用执行器的驱动能力，在执行器会处于饱和状态，还能够稳定完成轨迹跟踪。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于运动学的轮式移动机器人抗饱和控制方法，包括以下步骤：

步骤一：建立受执行器饱和约束的轮式移动机器人运动学模型；

步骤二：输入轮式移动机器人的期望轨迹，根据期望轨迹和轮式移动机器人当前姿态构建误差系统；

步骤三：设计抗饱和控制器，使得执行器饱和的轮式移动机器人轨迹跟踪系统处于稳定状态；

步骤四：采用李亚普诺夫函数对抗饱和控制器进行检验。

作为本发明所述的一种基于运动学的轮式移动机器人抗饱和控制方法的一种改进，所述抗饱和控制方法的被控对象为轮式移动机器人，所述轮式移动机器人的前轮为万向轮，所述轮式移动机器人的后轮为驱动轮。

作为本发明所述的一种基于运动学的轮式移动机器人抗饱和控制方法的一种改进，所述轮式移动机器人的位姿为：

位姿向量q＝[x y θ]^T表示，坐标为(x,y)，由XOY坐标系描述；

其中O为所述轮式移动机器人的几何中心点，θ是所述轮式移动机器人运动方向与X轴正向的夹角，用v和w分别表示所述轮式移动机器人前进时整体的线速度和角速度，也是轮式移动机器人运动学模型的输入，受执行器饱和约束；

所述受执行器饱和约束的轮式移动机器人的运动学方程为：

其中，|v|≤v_max,|w|≤w_max，v_max，w_max是正常数。

作为本发明所述的一种基于运动学的轮式移动机器人抗饱和控制方法的一种改进，期望轮式移动机器人的位姿向量为：

q_r＝[x_r y_r θ_r]^T，