[发明专利]一种基于神经动力学的三轮全向移动机器人状态调整方法

说明书

本发明公开了一种基于神经动力学的三轮全向移动机器人状态调整方法，基于神经动力学公式，设计新型性能指标；最小化该新型性能指标，建立相应的速度层状态调整方案，受约束于移动平台的运动学方程、移动平台三个全向驱动轮的旋转角度极限和旋转角速度极限、机器人关节的角度极限和速度极限；将状态调整方案转化为一个二次型优化问题，并采用数值算法对其进行求解；根据求解结果，下位机控制器驱动移动平台的三个全向轮和机器人的各个关节使得移动机器人调整到期望状态。该方法操作方便，能规范、有效地在速度层上实现三轮全向移动机器人在不同状态之间的自动调整，使其快速、精确地到达期望状态。

技术领域

本发明涉及三轮全向移动机器人的运动规划领域，具体涉及一种基于神经动力学的三轮全向移动机器人状态调整方法。

背景技术

三轮全向移动机器人，由具有三个对称分布全向驱动轮的移动平台和具有n个自由度的机器人组成；因其灵活性和可移动性而受到广泛关注，目前已应用于物品搬运、火场搜救和宇宙探索等诸多领域。当移动机器人在工作空间中完成一个规划任务后，往往需要从当前的结构状态调整到一个指定的结构状态；即，期望状态；从而有效执行下一个规划任务。

对于移动机器人状态的调整一般会分两步完成：先调整移动平台的位置，然后再调整机器人的关节；或者先调整机器人的关节，然后再调整移动平台的位置。然而，上述两种方法是繁琐、耗时且存在着明显缺陷的：每次的调整都可能需要多次度量移动平台的位置和朝向角以及机器人的关节角度，才能让移动机器人准确地到达指定的结构状态；并且，对于位置、朝向角和关节角度，任何一个量的不准确都会导致三轮全向移动机器人无法成功地完成所制定的规划任务。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种至少解决上述部分技术问题的基于神经动力学的三轮全向移动机器人状态调整方法，该方法操作方便、工作量少、作业规范、且能够自动同时调整移动平台和机器人，使其快速、精确地到达期望状态。

本发明实施例提供一种基于神经动力学的三轮全向移动机器人状态调整方法，包括：

基于神经动力学公式，设计一个在速度层上描述的新型性能指标；

最小化所述新型性能指标，建立相应的速度层状态调整方案；所述状态调整方案受约束于移动平台的运动学方程、移动平台三个全向驱动轮的旋转角度极限和旋转角速度极限、机器人关节的角度极限和速度极限；

将所述状态调整方案转化为一个二次型优化问题，并采用数值算法对其进行求解；

根据算法的求解结果，下位机控制器驱动移动平台的三个全向轮和机器人的各个关节使得移动机器人调整到期望状态。

进一步地，所述三轮全向移动机器人由三个对称分布全向驱动轮的移动平台和一个安装在所述移动平台上的具有n个自由度的机器人构成；基于神经动力学公式，设计一个在速度层上描述的新型性能指标为：

其中，λ＞0∈R表示性能指标的调节参数，T表示矩阵或向量的转置；表示三轮全向移动机器人的速度向量，且θ表示三轮全向移动机器人的位置向量，且p_x∈R和p_y∈R分别表示移动平台在水平地面上的沿着X轴和Y轴方向的坐标；φ∈R表示移动平台的朝向角，和分别表示p_x，p_y和φ的时间导数；表示机器人的关节角度，表示机器人的关节速度；非线性映射：

p_xd∈R，p_yd∈R分别表示移动平台在水平地面上沿着X轴和Y轴方向上的期望坐标；φ_d∈R表示移动平台期望朝向角，表示机器人关节的期望角度；相应地，增广向量表示三轮全向移动机器人的期望状态。

进一步地，最小化所述新型性能指标，建立相应的速度层状态调整方案，包括：

最小化