[发明专利]移动机器人动力学建模和轨迹跟踪控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于层级式约束的移动机器人动力学建模和轨迹跟踪控制方法及装置，所述方法包括：步骤1，建立无约束下移动机器人的第一动力学方程；步骤2，基于所述第一动力学方程，根据移动机器人的结构特征建立二阶结构约束方程，求取结构约束力，获得移动机器人具有结构约束的第二动力学方程；步骤3，基于所述第二动力学方程，根据移动机器人的跟踪轨迹建立二阶运动约束方程，并根据ACC处理初始条件不相容问题，求取运动约束力，获得移动机器人具有结构约束和运动约束的第三动力学方程；步骤4，根据所述第三动力学方程进行轨迹跟踪控制。

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其是涉及一种基于层级式约束的移动机器人动力学建模和轨迹跟踪控制方法及装置。

背景技术

移动机器人模型的建立是进行轨迹跟踪控制的关键，建模方法有两类：运动学建模和动力学建模。由于运动学建模忽略了动力学的影响，导致有效移动速度降低，同时也会造成姿态预测误差，尤其是当移动机器人的运动速度较快时，控制信号输入发生明显变化，姿态预测误差不仅会导致路径规划的额外计算，也会导致移动机器人偏离预定轨迹。为了减少移动机器人的跟踪误差，实现高控制性能，有必要建立移动机器人的动力学模型。自拉格朗日描述运动约束以来，提出了很多基于达朗贝尔原理建立的运动约束方程。达朗贝尔原理适用于很多情况，但不适用于约束为非完整或非理想的情况。为解决上述问题，Udwadia和Kalaba提出了约束力系统的简明、显式和非耦合运动方程，称为Udwadia-Kalaba方程。

Udwadia-Kalaba方程与其他形式方程的最大区别在于：1.不需要确定拉格朗日系数或其他难以获得的参数，对于具有非完整约束的系统，此类参数的获得特别困难。此外，拉格朗日系数的求解难度随自由度的增加而增加；2.Udwadia-Kalaba理论不采用线性化或近似的方法进行动力学建模和控制器的设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于层级式约束的移动机器人动力学建模和轨迹跟踪控制方法及装置，旨在解决现有技术中的上述问题。

本发明提供一种基于层级式约束的移动机器人动力学建模和轨迹跟踪控制方法，包括：

步骤1，建立无约束下移动机器人的第一动力学方程；

步骤2，基于所述第一动力学方程，根据移动机器人的结构特征建立二阶结构约束方程，求取结构约束力，获得移动机器人具有结构约束的第二动力学方程；

步骤3，基于所述第二动力学方程，根据移动机器人的跟踪轨迹建立二阶运动约束方程，并根据ACC处理初始条件不相容问题，求取运动约束力，获得移动机器人具有结构约束和运动约束的第三动力学方程；

步骤4，根据所述第三动力学方程进行轨迹跟踪控制。

本发明提供一种基于层级式约束的移动机器人动力学建模和轨迹跟踪控制装置，包括：

第一建立模块，用于建立无约束下移动机器人的第一动力学方程；

第二建立模块，用于基于所述第一动力学方程，根据移动机器人的结构特征建立二阶结构约束方程，求取结构约束力，获得移动机器人具有结构约束的第二动力学方程；

第三建立模块，用于基于所述第二动力学方程，根据移动机器人的跟踪轨迹建立二阶运动约束方程，并根据ACC处理初始条件不相容问题，求取运动约束力，获得移动机器人具有结构约束和运动约束的第三动力学方程；

轨迹跟踪控制模块，用于根据所述第三动力学方程进行轨迹跟踪控制。

采用本发明实施例的技术方案简单、有效、准确，轨迹跟踪结果与理论一致。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明