[发明专利]一种生活支援机器人系统的轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.一种生活支援机器人系统的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立生活支援机器人系统的动态数学模型、系统模型和状态空间模型；

S2、基于动态数学模型，设计生活支援机器人系统的扰动观测器；

S3、基于滑模理论，设计非奇异快速终端滑模面，并构造生活支援机器人系统的的滑模控制器，包括设计生活支援机器人系统的跟踪误差系统、设计非奇异快速终端滑模面、设计滑模趋近律和构造滑模控制律；

S4、滑模控制律将控制信号指令传送给系统执行器，实现轨迹跟踪。

2.根据权利要求1所述的一种生活支援机器人系统的轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述步骤S1中建立生活支援机器人系统的动态数学模型的方法为：

其中，t是时间变量；M为机器人本体的质量，单位为kg；m为负载的质量，单位为kg；f_i(t),i＝1,2,3是机器人系统的控制输入，单位为N；L为机器人重心到车轮的长度，单位为m；θ_i(t),i＝1,2,3为机器人重心与车轮的方向，单位为rad；I₀是机器人系统的转动惯量；x(t),y(t),θ(t)分别是机器人的横坐标，纵坐标和方向角。

3.根据权利要求2所述的一种生活支援机器人系统的轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述步骤S1中建立生活支援机器人系统模型的方法为：

其中M₀是系统的惯性矩阵，X(t)＝[x(t) y(t) θ(t)]^T，F(t)＝[f₁(t) f₂(t) f₃(t)]^T，X(t)是系统的状态向量，B(t)是控制器的参数矩阵，F(t)是系统的控制输入；D(t)＝[d₁(t)d₂(t) d₃(t)]^T，D(t)是系统的扰动量，d_i(t),i＝1,2,3分别是在x,y和方向角上的扰动值。

4.根据权利要求3所述的一种生活支援机器人系统的轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述步骤S1中得到生活支援机器人系统的状态空间模型的方法为：

5.根据权利要求1所述的一种生活支援机器人系统的轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述步骤S2中生活支援机器人系统的扰动观测器的设计方法为：

其中，z(t)＝[z₁(t) z₂(t) z₃(t)]^T，是估计的扰动量，z(t)是扰动观测器的状态向量；是扰动观测器的辅助向量，L(X)是扰动观测器的增益矩阵，分别是d₁(t),d₂(t),d₃(t)的估计值。

6.根据权利要求1所述的一种生活支援机器人系统的轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述步骤S3中生活支援机器人系统的跟踪误差系统设计方法为：

e₁(t)＝X(t)-X_d(t),

其中：X_d(t)表示参考轨迹，即X_d(t)＝[x_dx(t) x_dy(t) x_dθ(t)]^T；e₁(t)为轨迹跟踪误差，即e₁(t)＝[e_1x(t) e_1y(t) e_1θ(t)]^T；

其中，跟踪误差动态方程为：