【技术实现步骤摘要】
基于改进趋近律滑模控制的钢结构柔性探伤机器人轨迹跟踪方法
本专利技术涉及一种用于钢结构检测的刚柔耦合探伤机器人的平面转向的运动学建模、前后车体姿态与速度约束和基于滑模变结构控制理论的机器人轨迹跟踪控制方法。
技术介绍
目前钢结构健康检测中广泛采用有线的数据采集方法，但是存在布线繁琐，花费大量人力成本的缺点；使用无线传感网络的建筑结构健康检测技术需要解决系统长时间供电问题和信号传输可靠性问题.在之前的文献中提及了一种具有自主运动、数据采集、无线通讯功能的柔性机器人作为一个智能移动检测单元，解决目前检测中存在的检测盲区和检测不全面问题。由于钢结构建筑内部存在各种内外拐角、加强筋、空间异面等复杂结构，柔性机器人需要越过或避开各种障碍。钢结构探伤机器人拥有两个车体，每个车体都是两轮差速驱动的移动机器人，柔性机器人采用可变形的柔性钢带连接前后车体，以实现灵活翻越各种障碍物。为了做到在平面中避开障碍，首先要做到的就是机器人能够跟踪给出的轨迹。与普通的移动机器人一致，刚柔耦合的机器人仍属于一种受到非完整约束的多输入多输出非...
【技术保护点】
1.一种基于改进趋近律滑模控制的钢结构柔性探伤机器人轨迹跟踪方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤一：根据探伤机器人前后车体都是一个两轮差动驱动的移动机器人，依据非完整性约束建立单个的机器人车体运动学模型，然后通过坐标变换建立车体的轨迹跟踪误差模型，机器人通过实时解算位姿与期望位姿比较获得位姿跟踪误差；/n步骤二：通过对钢带这一前后车体的梁进行弹性力学分析，并通过梁的弯曲变形得到了前后车体的速度约束，根据探伤机器人的运动模型选定运动参考点，结合上述速度约束得到简化的运动学速度约束，计算出前后车体所需要的期望速度；/n步骤三：根据步骤一得到的每个车体的轨迹跟踪误差模...
【技术特征摘要】
1.一种基于改进趋近律滑模控制的钢结构柔性探伤机器人轨迹跟踪方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：根据探伤机器人前后车体都是一个两轮差动驱动的移动机器人，依据非完整性约束建立单个的机器人车体运动学模型，然后通过坐标变换建立车体的轨迹跟踪误差模型，机器人通过实时解算位姿与期望位姿比较获得位姿跟踪误差；
步骤二：通过对钢带这一前后车体的梁进行弹性力学分析，并通过梁的弯曲变形得到了前后车体的速度约束，根据探伤机器人的运动模型选定运动参考点，结合上述速度约束得到简化的运动学速度约束，计算出前后车体所需要的期望速度；
步骤三：根据步骤一得到的每个车体的轨迹跟踪误差模型，基于滑模控制理论设计一种车体轨迹跟踪的滑模控制算法，该算法对滑模控制中的滑模趋近律进行改进，得到一种响应更快，滑模抖动更小的控制律；
步骤四：根据步骤二得到的前后车体所需的期望速度，将其作为滑模控制的输入，得到对前后车体的速度控制输出，然后解算出每个车轮的速度输出，完成机器人的轨迹跟踪运动控制。
2.如权利要求1所述的基于改进趋近律滑模控制的钢结构柔性探伤机器人轨迹跟踪方法，其特征在于，所述步骤二中，在任一时刻假设前后车体具有确定的位姿，那么钢带前后边界就基本确定下来，将连接机器人前后车体的钢带看作是一个梁，钢带符合横截面的最大尺度宽度h远小于长度L与厚度远小于宽度，使用欧拉-伯努利栋梁方程得到钢带的挠度与两端边界的关系：
式中u代表粱的挠度,x代表了沿x轴方向的位置，p(x)代表加在梁上的横向均匀载荷，E表示钢带材料的弹性模量，I是惯性矩；
根据钢带连接的前后车体的偏转角度ψ，得到钢带的边界关系为
接着将得到的钢带变形的边界条件带入欧拉-伯努利方程，求解出钢带的挠度：
其中L是钢带未变形前的长度，ψ1的下标1表示前车体端，ψ2的下标2表示后车体端；
由于钢带横向的变形，在长度方向的缩短表示为dL：
利用钢带长度变化的方程，代入前后车体的边界条件，得到前后车体的速度约束：
为便于简化运动学模型，参考点O被定义为前后车体质心连线的中点，在运动过程中，前后车体中心和参考点O具有相同的旋转中心和旋转角速度，定义为wo，并假设在运动过程中ψ1＝-ψ2始终成立，定义ψ＝|ψ1|＝|ψ2|，于是得到中心点O与前后车体之间的速度关系：
式中，vo为参考点O的速度，v1、v2分别为前后车体质心的速度。
3.如权利要求1或2所述的基于改进趋近律滑模控制的钢结构柔性探伤机器人轨迹跟踪方法，其特征在于，在所述步骤三中，首先依据步骤一建立的运动学轨迹误差方程，基于反演设计方法结合李雅普诺夫函数设计滑模控制的切换函数使轨迹误差趋于零；
选取李雅普...
【专利技术属性】
技术研发人员：艾青林，
申请(专利权)人：杭州宇芯机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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