[发明专利]一种组合分离式旋翼与足式移动操作机器人集中-分布式控制方法

摘要

本发明公开一种组合分离式旋翼与足式移动操作机器人集中‑分布式控制方法，面向独立作业任务，针对多旋翼飞行操作机器人，设计整体自适应控制器，来处理未知物体的抓取问题。针对多足移动操作机器人，采用分层控制来设计机器人的控制器。面向协同作业任务，在上述各部分独立控制器的基础上，在控制器顶层设计分布式控制器，通过多协调变量的分布式控制，对参数进行协调控制，利用邻居信息，避免二者间的干涉碰撞，实现空地协同作业任务。面向组合体作业任务，设计集中式控制器，利用整体信息，对组合体机器人进行控制，实现组合体机器人飞行、爬行、飞爬过程中的作业任务。

主权项

1.一种组合分离式旋翼与足式移动操作机器人集中‑分布式控制方法，基于组合分离式旋翼与足式移动操作机器人；其特征在于：组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，与地面站间实时进行数据交互；且由地面站进行控制。组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，采用多旋翼飞行操作机器人自适应控制器与多足移动操作机器人控制器；多旋翼飞行操作机器人自适应控制器由三部分组成，分别是传统的多旋翼飞行操作机器人控制器、多旋翼飞行机器人的非线性模型和自适应控制环节；其中，传统的多旋翼飞行操作机器人控制器包括位置控制器和姿态控制器两部分，分别用于镇定多旋翼飞行操作机器人自适应控制器的位置和姿态；多旋翼飞行机器人的非线性模型用于实现对欠驱动多旋翼飞行操作机器人的镇定，从而实现了多旋翼飞行操作机器人控制器对于姿态和位置指令的跟踪；自适应控制环节包括惯性参数变化的自适应、外界扰动的自适应以及计算力矩控制；其中，惯性参数变化的自适应由两个环节组成；外界扰动的自适应为外界干扰因素；计算力矩控制环节主要用来生成电机驱动运动的转速和力矩；多足移动操作机器人控制器由三层组成，分别由上至下分为组织层，协调层和执行层；其中，组织层负责复杂的认知推理任务；执行层负责关节角的驱动；协调层负责协规划具体的实现方式。基于上述多旋翼飞行操作机器人与多足移动操作机器人的控制方式，采用集中‑分布式控制方法，实现组合分离式旋翼与足式移动操作机器人的控制；集中‑分布式控制方法分为两种控制模式，通信方式分别是集中式和分布式，分别是在多旋翼飞行操作机器人控制器的输入环节，以及多足移动操作机器人控制器组织层中运动规划任务环节加入高层的控制与规划环节；其中，分布式以搭载在旋翼机器人或者足式机器人上主控制器为中心，多旋翼飞行操作机器人控制器与移动机器人控制器呈现分布式排列；分布式通信模式利用局部信息，由遥控器向多旋翼飞行操作机器人控制器、多足移动操作机器人控制器及主控制器发出无线指令，实现人为干预和操作；由地面站向多旋翼飞行操作机器人控制器、多足移动操作机器人控制器及主控制器发出无线指令，实现自动控制，同时接受三者信号，以界面化的形式进行状态显示，检测三者的运行状态；主控制器和多旋翼飞行操作机器人控制器、主控制器和多足移动操作机器人控制器之间可以实现双向通信，多旋翼飞行操作机器人及多足移动操作机器人只接受遥控器、主控制器和地面站指令；集中式通信模式利用全局信息，在分布式通信架构的基础上，实现多足移动操作机器人和多旋翼飞行操作机器人之间的通信。