The invention discloses a formation tracking control method for mobile robots based on separated ultrasonic wave, which includes steps: (1): establishing a kinematic model of a single mobile robot; step (2): establishing a dynamic mathematical model of n mobile robots formation; step (3): establishing a model for acquiring relative pose by separated ultrasonic wave and deriving a formula for calculating relative pose; and step (4): Starting from the practical problems of formation tracking control, a control law is designed to make formation tracking error converge asymptotically according to the calculation formula of relative position and posture. Step 5: Select the reference path of mobile robot, set parameters of mobile robot and controller, and realize formation tracking control of mobile robot according to the control law. From the point of view of practical application, the invention provides a method for obtaining position and attitude information by separated ultrasonic wave, and sets up a practicable controller to achieve the goal of asymptotic convergence of formation tracking control error of mobile robots.
【技术实现步骤摘要】
一种基于分离式超声波的移动机器人编队跟踪控制方法
本专利技术涉及移动机器人的编队控制领域,具体针对领导者跟随者编队方式中需要保持机器人之间运行的相对位姿,提出了一种基于分离式超声波的移动机器人编队跟踪控制方法。
技术介绍
近几十年,随着科技的不断进步,生产生活中自动化智能化的程度不断提升,因此也激起了科研爱好者在这方面的不断探索,其中移动机器人就是这个领域中的一颗璀璨的星。从20世纪60年代斯坦福大学研究所的SHAKEY,70年代末期美国斯坦福大学和MIT合作的ALV研究,90年代后期CMU的NAVLAB移动机器人系统,移动机器人技术已经有了很大进步。现在,用于家庭清洁扫地机器人,服务于工厂中的AGV牵引车,用于太空探索的月球车等一系列移动机器人技术的产物逐渐出现在人们的视野。移动机器人由于其本身能独立完成某项任务的能里,今后必然会在生产生活中发挥巨大的作用。例如太空探测,海洋探测,工业矿井探测这些由人类去完成危险程度很大甚至无法完成的任务,有了机器人的参与都将更好更快更安全地去完成。在有些大型的任务中,由于任务本身的复杂性,单个机器人由于自身能力有限,单独完成任务往往需要更多的时间和成本,而多个移动机器人互相合作,更高效,同时也具备更大的容错率。控制移动机器人之间的良好协作关系,保证其在工作工程中稳定高效地完成每个任务,首要前提就是设计一种编队控制策略。编队控制的目标是设计控制器使得多个机器人能保持一个既定的编队几何形状,并能按预期完成任务。典型的编队控制方法有:基于行为控制、虚拟构造控制和领导者跟随者控制。每种方法都有其优缺点,而由于领导者跟随者编队控 ...
【技术保护点】
1.一种基于分离式超声波的移动机器人编队跟踪控制方法,其特征在于,包含步骤:步骤(1):建立单个移动机器人的运动学模型;步骤(2):建立n个移动机器人编队动态数学模型,并考虑实际系统中存在的相对位姿获取和相对位姿保持的问题;步骤(3):建立分离式超声波获取相对位姿的模型,并推导出相对位姿的计算公式;步骤(4):从编队跟踪控制的实际问题出发,结合推导出的所述相对位姿的计算公式设计出使编队跟踪误差渐近收敛的控制规律;步骤(5):选取移动机器人参考路径,设置移动机器人参数与控制器参数,根据所述控制规律实现移动机器人的编队跟踪控制。
【技术特征摘要】
1.一种基于分离式超声波的移动机器人编队跟踪控制方法,其特征在于,包含步骤:步骤(1):建立单个移动机器人的运动学模型;步骤(2):建立n个移动机器人编队动态数学模型,并考虑实际系统中存在的相对位姿获取和相对位姿保持的问题;步骤(3):建立分离式超声波获取相对位姿的模型,并推导出相对位姿的计算公式;步骤(4):从编队跟踪控制的实际问题出发,结合推导出的所述相对位姿的计算公式设计出使编队跟踪误差渐近收敛的控制规律;步骤(5):选取移动机器人参考路径,设置移动机器人参数与控制器参数,根据所述控制规律实现移动机器人的编队跟踪控制。2.根据权利要求1所述的移动机器人编队跟踪控制方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的建立单个机器人平面坐标的运动学模型具体包括:假设移动机器人在运动过程中不发生侧滑,故满足如下条件:得出移动机器人的运动学模型为:其中,来描述移动机器人Ri当前所处的位姿状态,xi与yi是二维坐标系统横轴纵轴的坐标位置,是机器人Ri运动方向与横轴的夹角;(vi,wi)来描述移动机器人Ri当前所处运动状态,其中vi是移动机器人Ri相对于全局坐标系的线速度,wi是移动机器人Ri相对于全局坐标系的角速度。3.根据权利要求2所述的移动机器人编队跟踪控制方法,其特征在于,步骤(2)所述建立n个移动机器人编队动态数学模型具体包括:定义移动机器人跟随者与领导者的跟随位姿偏差:其中,di是跟随者机器人Ri与领导者机器人Ri-1间的距离,θi是跟随者机器人Ri与领导者机器人Ri-1的运动方向角度的偏差。xi-1,yi-1是领导者机器人Ri-1当前所处的全局坐标值,xi,yi是跟随者机器人Ri当前所处的全局坐标值,为两中间变量定义如下公式所示:然后求取偏差的动态方程:其中vi,wi是跟随机器人Ri当前的线速度与角速度,vi-1,wi-1是领导者机器人Ri-1当前的线速度与角速度。4.根据权利要求1所述的移动机器人编队跟踪控制方法,其特征在于,步骤(3)中,所述分离式超声波的模组包括发射模块与接收模块,所述发射模块中同时设置有红外发送器和超声波发射器;所述接收模块中同时设置有红外接受器和超声波接收器,所述红外发送、接收器是用于实现时钟同步,所述发射模块同时控制红外发送器发射红外线以及超声波发射器发射超声波。5.根据权利要求4所述的移动机器人编队跟踪控制方法,其特征在于,步骤(3)中,每个机器人都安装有一个发射模块并放置在机器人中心;每个机器人都会在中心的两端安装两个所述接收模块,所述接收模...
【专利技术属性】
技术研发人员:戴诗陆,欧建永,王敏,李烈军,
申请(专利权)人:华南理工大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。