[发明专利]前轮驱动车式移动机器人的动态编队控制方法

摘要

本发明提出一种前轮驱动车式移动机器人的动态编队控制方法，多移动机器人在自主编队运动中，领航机器人负责自主导航、目标搜索和主动避障等任务，其它机器人作为跟随者与领航机器人一起自主组成既定的几何队形，并在运动过程中保持该队形。跟随机器人的运动控制器采用基于反步法和链式系统的混合控制算法。当领航机器人的位姿参数发生变化时，跟随机器人实时检测其与领航机器人之间的距离d和夹角并将自身状态向量与期望队形的状态向量进行比较，获得跟随机器人实际位姿与理想位姿之间的误差，再依据该位姿误差求得各跟随机器人对应的运动控制器，实现对跟随机器人的速度和角速度的有效控制，最终达到多移动机器人的编队成形和编队保持的目的。

主权项

1.一种前轮驱动车式移动机器人的动态编队控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：对非完整移动机器人系统中的每个前轮驱动车式移动机器人进行设置，确保非完整移动机器人系统中的每个前轮驱动车式移动机器人都在各自的通讯范围内；步骤2：根据普法夫约束方程建立非完整移动机器人系统中的每个前轮驱动车式移动机器人的运动学模型为：其中x,y,θ,φ,l,v,w分别表示前轮驱动车式移动机器人在广义坐标下的位姿横坐标、位姿纵坐标、方向角、前轮方向角、车身长度、速度和角速度；步骤3：将非完整移动机器人系统的运动学模型通过链式变换转换为可控的链式系统：同时控制输入的变换方程为：通过上述链式变换非完整移动机器人的运动学模型表示为：其中vi，wi分别表示第i个跟随机器人在广义坐标下的速度和角速度，Q＝[qi，1,qi，2,qi，3,qi，4]T为变换后第i个跟随机器人的状态量，u＝[ui，1,ui，2]T为变换后第i个跟随机器人的控制输入；xi,yi,θi,φi分别表示第i个跟随机器人的实际位姿横坐标，位姿纵坐标，方向角，前轮方向角；步骤4：计算第i个跟随机器人在广义坐标下理想位姿其中：x₁，y₁，θ₁，φ₁分别表示前领航移动机器人在广义坐标下的位姿横坐标、位姿纵坐标、方向角、前轮方向角；x_iv，y_iv，θ_iv，φ_iv，d,分别表示第i个跟随机器人在广义坐标下的理想位姿横坐标、位姿纵坐标、方向角、前轮方向角、第i个跟随机器人与领航机器人之间的距离、第i个跟随机器人与领航机器人之间的夹角；步骤5：构建广义坐标系下跟随机器人的误差模型：实时采集各跟随机器人的实际位姿，并与各自对应的期望位姿进行比较并形成误差模型，设计运动控制器使得误差趋近于零，实现跟随机器人的实际位姿趋近于预期的期望位姿：其中xie,yie,θie,φie分别表示第i个跟随机器人的位姿横坐标误差，位姿纵坐标误差，方向角误差，前轮方向角误差；将上述在广义坐标系下跟随机器人的位姿误差转换到链式系统下的跟随机器人的位姿误差：对其求导得：其中：qi,1e，qi,2e，qi,3e，qi,4e分别表示第i个跟随机器人在链式系统下的位姿误差；qi,1v，qi,2v，qi,3v，qi,4v分别表示第i个跟随机器人在链式系统下的理想位姿参数；u＝[ui，1v,ui，2v]T分别表示第i个跟随机器人在链式系统下的理想控制输入；步骤6：设计跟随机器人的运动控制器：