一种履带式移动机器人的自主行驶路径跟踪控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110286683A(43)申请公布日2019.09.27(21)申请号201910636645.7(22)申请日2019.07.15(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号(72)发明人刘立李凯伦孟宇顾青白佳宾白国星(74)专利代理机构北京市广友专利事务所有限责任公司11237代理人张仲波(51)Int.Cl.G05D1/02(2006.01)G05B13/04(2006.01)权利要求书4页说明书15页附图4页(54)发明名称一种履带式移动机器人的自主行驶路径跟踪控制方法(57)摘要本发明提供一种履带式移动机器人的自主行驶路径跟踪控制方法，能够提高移动机器人路径跟踪时的准确性和可靠性。所述方法包括：获得履带式移动机器人当前的位姿信息、质心速度信息及驱动轮转速信息；根据获得的信息，通过履带式移动机器人的运动学与动力学模型，确定预测时域内履带式移动机器人的位姿信息，并将确定的位姿信息与期望的路径信息进行比对，得到预测时域内的位姿偏差；以最小化路径跟踪过程中的预测位姿偏差、预测控制量增量、预测航向角速度变化之和为目标，确定非线性模型预测控制的优化函数，并通过结合约束条件最小化优化函数得到最优控制序列，以便所述履带式移动机器人根据最优控制序列输出位姿信息跟踪期望路径自主行驶。CN110286683ACN110286683A权利要求书1/4页1.一种履带式移动机器人的自主行驶路径跟踪控制方法，其特征在于，包括：获取履带式移动机器人当前的位姿信息、质心速度信息及驱动轮转速信息；根据获得的位姿信息、质心速度信息及驱动轮转速信息，通过履带式移动机器人的运动学与动力学模型，确定预测时域内履带式移动机器人的位姿信息，并将确定的位姿信息与期望的路径信息进行比对，得到预测时域内的位姿偏差；以最小化路径跟踪过程中的预测位姿偏差、预测控制量增量、预测航向角速度变化之和为目标，确定非线性模型预测控制的优化函数，并通过结合约束条件最小化优化函数得到最优控制序列，以便所述履带式移动机器人根据最优控制序列输出位姿信息跟踪期望路径自主行驶。2.根据权利要求1所述的履带式移动机器人的自主行驶路径跟踪控制方法，其特征在于，所述履带式移动机器人的运动学模型为：其中，表示履带式移动机器人质心c点在全局坐标系(XG,YG)下XG方向速度分量；表示履带式移动机器人质心c点在全局坐标系下的速度标量值；α表示滑动转向造成的滑移角；r表示履带式移动机器人驱动轮半径；ωl表示履带式移动机器人左侧驱动轮转速；ωr表示履带式移动机器人右侧驱动轮转速；σl表示左侧履带滑转率；σr表示右侧履带滑转率；表示履带式移动机器人质心c点在全局坐标系(XG,YG)下YG方向速度分量；ω均表示航向角速度；R表示履带式移动机器人转向半径；b表示两侧履带中心距。3.根据权利要求2所述的履带式移动机器人的自主行驶路径跟踪控制方法，其特征在于，滑移角α表示为：4.根据权利要求2所述的履带式移动机器人的自主行驶路径跟踪控制方法，其特征在于，履带式移动机器人转向半径R表示为：其中，vl表示履带式移动机器人左驱动轮转速；vr表示履带式移动机器人右驱动轮转速。5.根据权利要求2所述的履带式移动机器人的自主行驶路径跟踪控制方法，其特征在于，所述履带式移动机器人的动力学模型为：2CN110286683A权利要求书2/4页其中，表示履带式移动机器人质心c点在全局坐标系(XG,YG)下XG方向加速度分量；Fl、Fr分别表示左侧履带、右侧履带纵向驱动力；Rl、Rr分别表示履带式移动机器人左侧、右侧纵向阻力；m表示履带式移动机器人质量；表示履带式移动机器人质心c点在全局坐标系(XG,YG)下YG方向加速度分量；sgn(·)表示符号函数；μlat表示横向阻力系数；u表示瞬心偏移距离；l表示履带接地长度；G表示履带式移动机器人的重量；表示履带式移动机器人航向角加速度；I表示履带式移动机器人转动惯量。6.根据权利要求5所述的履带式移动机器人的自主行驶路径跟踪控制方法，其特征在于，左侧履带、右侧履带纵向驱动力Fl、Fr分别表示为：其中，Flmax、Frmax分别为左侧履带、右侧履带在特定的土壤环境下所能产生的最大的切线牵引力，h表示单条履带宽度，c’表示土壤内聚力，表示土壤内摩擦角；K表示土壤的水平剪切变形模量。7.根据权利要求6所述的履带式移动机器人的自主行驶路径跟踪控制方法，其特征在于，履带式移动机器人左侧、右侧纵向阻力Rl、Rr表示为：其中，n表示土壤变形指数；b’表示履带宽度；pa表示履带平均接地比压；Za表示履带平均沉陷深度；Kc表示土壤粘性成分所决定的变形模量；表示土壤摩擦性成分所决定的变形模量。8.根据权利要求6所述的