申请/专利权人：华中科技大学

申请日：2021-12-30

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN114355929B

主分类号：G05D1/43

分类号：G05D1/43;G05D1/242;G05D1/246;G05D1/65;G05D1/633;G05D1/644;G05D109/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2022.05.03#实质审查的生效;2022.04.15#公开

摘要：本发明属于机器人控制与规划相关技术领域，其公开了一种轨迹柔顺切换的移动机器人自适应避障控制方法，方法包括：构建运动学模型和运动空间状态方程；构建自适应抗扰终端滑模面；设计等效控制律，并设计趋近律；以趋近律和等效控制律为参数构建前轮输入转角和后轮输入转角；以移动机器人的中心为圆心设置子目标点区域，并设置移动机器人与子目标区域移动速度的匹配关系；采用路径规划算法对机器人的路径进行规划；构建子目标点区域中目标点与移动机器人中心点的目标代价函数，以目标代价函数最优为目标实现对移动机器人运动轨迹的修正。本申请采用自适应分阶段滑模控制，既保证了收敛速度，又提升了稳定性，便于轨迹改变时平滑切换。

主权项：1.一种轨迹柔顺切换的移动机器人自适应避障控制方法，其特征在于，所述方法包括：S1：构建以航向角误差值为参数的运动学模型和运动空间状态方程；运行学模型为：平移模式的运动学模型为： 普通阿克曼模式为： 变阿克曼模式为： 其中，x，y是移动机器人在世界坐标系下的坐标值，θ为移动机器人的航向角，Vl为移动机器人的轮系速度值，δf,δr分别为移动机器人的前轮转角和后轮转角，L为前轮中心和后轮中心轴向距离；移动机器人的运动空间状态方程为： 其中，ρ＝VlL，θe航向角的误差值，θr为航向角的参考值，γ为考虑系统振荡和建模不确定性所产生的等效误差；S2：基于所述运动空间状态方程构建线性滑模面和积分滑模面，并将所述线性滑模面和积分滑模面叠加获得自适应抗扰终端滑模面Q：Q＝Q1+Q2其中，Q1为线性滑模面，Q2为积分滑模面，χ1，χ2，χ3，χ4为预设的控制增益，均大于0，β1,β2为预设的误差系数，β11，1β20，θe为所述航向角误差值；S3：将所述自适应抗扰终端滑模面求导设计等效控制律，并基于所述自适应抗扰终端滑模面设计趋近律；所述等效控制律Con为： 其中，ρ＝VlL，Vl是移动机器人的轮系速度值，L为前轮中心和后轮中心轴向距离，θr为航向角的参考值，表示对θr进行一次求导操作，表示对θe进行二次求导操作；S4：以所述趋近律和等效控制律为参数构建运动学模型所需的前轮输入转角和后轮输入转角；S5：待移动机器人需要避障时，以所述移动机器人的中心为圆心设置子目标点区域，并设置移动机器人与子目标区域移动速度的匹配关系；所述设置移动机器人与子目标区域移动速度的匹配关系也即移动机器人与子目标区域移动速度的比例关系，使得机器人与子目标区域按照一定的比例进行前进，其中，所述子目标点区域中心的前进控制方程为： Γ＝τ·cosψtd＝v·sinζ 其中，τ，υ∈R+，Γ为子目标点区域前进的动态调节因子，ψ为每一时刻移动机器人的航向与原始运动目标点在原始轨迹上的速度切线方向的夹角，t为t时刻，d为与障碍物相关的子目标点区域初始增量，ζ为检测到障碍物时雷达检测区域与障碍物重叠部分对应在区域内的圆弧角，分别为子目标点区域的上下界，其中κ∈R+，Dx为子目标点区域；S6：采用路径规划算法对机器人的路径进行规划；S7：构建子目标点区域中目标点与移动机器人中心点的目标代价函数，以所述目标代价函数最优为目标实现对移动机器人运动轨迹的修正。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 华中科技大学 轨迹柔顺切换的移动机器人自适应避障控制方法

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