[发明专利]一种面向机器人系统的人在回路决策建模与控制方法

权利要求书

1.一种面向机器人系统的人在回路决策建模与控制方法，其特征在于：包括机器人任务设计、人的决策信息选择、人的决策行为建模、人的决策任务设计、固定时间滑模自适应行为控制器设计；所述方法首先获取机器人执行任务后的输出信息值，然后通过选择机器人位置偏差信息与速度偏差信息作为人的决策信息，使用人为决策漂移扩散模型作为建模方法，根据人的决策信息对人的决策行为进行建模，达到决策阈值后选择执行人为干预行为，设计人为决策任务，最后基于固定时间滑模控制方法设计自适应行为控制器，当机器人无法依赖系统的自主控制完成任务的时候，通过执行已设计好的人为决策任务来使机器人在规定时间内完成工作任务；

固定时间滑模自适应行为控制器设计，具体为在得到人为干预任务后，结合基于零空间投影的行为控制方法，其控制目标是设计控制器使多机器人系统跟踪上参考位置该参考位置通过对参考速度离散积分得到；此外，对参考速度x_rv求导得参考加速度为结合基于零空间投影的行为控制方法，固定时间滑模面的设计为：

其中，定义是参考位置与实际位置的偏差，是参考速度与实际速度之间的偏差，α和β是正定增益矩阵，μ_1.1和μ_1.2是正定奇数且满足和是正定奇数且满足

基于二阶非线性机器人模型与滑模面，固定时间滑模自适应行为控制器设计为：

其中，

其中，和是正定矩阵，μ_2.1和μ_2.2是正定奇数且满足0＜μ₂＜1；和是正定奇数且满足是未知扰动上界δ_j的估计值且满足||ε_j||≤δ_j；γ_j＞0是正定参数，||s_j||₁表示第j个滑模面s_j的一范数，是未知扰动上界的估计值与未知扰动上界δ_j之间的偏差。

2.根据权利要求1所述的一种面向机器人系统的人在回路决策建模与控制方法，其特征在于：所述方法为面向二阶非线性机器人系统的人机交互系统决策建模与固定时间滑模自适应行为控制方法，其机器人任务设计针对基于行为控制的多机器人系统，机器人具备感知探测功能，其移动环境存在障碍物；根据基于零空间的行为控制方法对机器人的基本任务进行设计，机器人基本任务包括运动到目标点任务和避撞任务；

运动到目标点任务是由机器人团队向目标点的移动来定义的；运动到目标点任务的目的是使团队机器人在到达预定目标点后，个体机器人停止运动，任务期望函数为目标点位置，运动到目标点任务的设计如下公式所示：

其中，x_pgj是期望目标位置，x_vmj是运动到目标点任务的速度输出指令，θ_mj是正定增益矩阵，是运动到目标点任务的任务偏差，是雅克比矩阵J_mj的伪逆；

当运动到目标点过程中存在障碍物时，避撞任务的目的是保持机器人与障碍物的安全距离，所以，设计避障任务函数是通过机器人与障碍物之间的距离与安全距离实时对比，若距离小于安全距离时进行避障；避撞任务被设定为高优先级任务，D_s是期望安全距离或圆形安全区域的半径，避撞任务函数设计为：

其中，x_vaj是避撞任务的速度输出指令，是雅克比矩阵J_aj的伪逆，x_poq是第q个障碍物的位置坐标，q＝1,2,...,Q，φ_adj是避撞任务期望函数，是任务偏差；

所述方法对机器人任务的输出进行融合，具体为设定机器人避撞任务作为机器人任务的高优先级，而运动到目标点任务作为次优先级任务，将运动到目标点的任务输出投影到避撞任务输出的零空间得到机器人任务的总输出：

其中，x_cvj是机器人自主任务的速度输出指令，是避撞任务输出的零空间，用于消除避碰任务与运动到目标点任务之间的任务冲突部分。