适用于不同使用者的服务机器人速度约束跟踪控制方法技术

适用于不同使用者的服务机器人速度约束跟踪控制方法，该方法如下：1）、建立刻画不同使用者质量变化的随机微分方程；2）、约束机器人在轴轴和旋转角方向的运动速度；3）利用步骤2）中受约束的运动速度并结合步骤1）中随机微分方程，建立跟踪误差系统，基于随机稳定理论，构建跟踪误差系统的指数稳定条件，实现适用于不同使用者的速度约束跟踪控制方法。本发明专利技术控制器设计简单，易于实现，控制器中没有使用者的质量信息，从而使服务机器人能应用于不同使用者，提高了轨迹跟踪精度；同时，为随机微分方程描述的服务机器人系统提供了一种约束运动速度的方法，避免机器人速度发生突变，保障了使用者的安全。

【技术实现步骤摘要】
适用于不同使用者的服务机器人速度约束跟踪控制方法
：本专利技术涉及服务机器人的控制领域，尤其是关于轮式生活服务机器人的控制方法。
技术介绍
：交通事故及人口老龄化使步行障碍患者逐年增多，由于我国缺少专业康复人员，导致步行障碍患者无法得到及时有效的运动训练，从而步行功能逐渐丧失，无法实现日常独立生活。随着服务机器人在居家、养老院等场所的应用，有效解决了步行障碍患者的自立生活问题。然而，在实际应用中，不同质量的使用者会使机器人偏离室内的运动轨迹，严重影响了机器人的跟踪精度，甚至会使机器人碰撞周围的障碍物。另外，机器人运动过程中不确定的外界环境，难免使其速度发生突变而威胁使用者的安全。因此，研究服务机器人的控制方法，使其能适应不同质量的使用者且以受约束的运动速度帮助步行障碍患者实现日常独立生活具有重要意义。近年来，服务机器人跟踪控制已有许多研究成果，然而这些结果都无法解决不同使用者质量随机变化问题。如果机器人不能适应不同质量的使用者，不仅影响跟踪精度，而且过大的跟踪误差会使机器人碰撞周围的物体，从而威胁使用者的安全。同时，利用随机微分方程描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于不同使用者的服务机器人速度约束跟踪控制方法，其特征在于：/n该方法步骤如下：/n1)、根据服务机器人的动力学模型，将系数矩阵M

【技术特征摘要】
20200123 CN 20201007615101.一种适用于不同使用者的服务机器人速度约束跟踪控制方法，其特征在于：
该方法步骤如下：
1)、根据服务机器人的动力学模型，将系数矩阵M0中训练者的质量m分解为定常值和随机变量，建立刻画不同使用者质量变化的随机微分方程；
2)、基于服务机器人的运动学模型，提出控制每个轮子运动速度的模型预测控制方法，进而约束机器人在x轴、y轴和旋转角方向的运动速度
3)利用步骤2)中受约束的运动速度并结合步骤1)中随机微分方程，建立跟踪误差系统，基于随机Lyapunov稳定理论，构建跟踪误差系统的指数稳定条件，实现适用于不同使用者的速度约束跟踪控制方法。


2.根据权利要求1所述的一种适用于不同使用者的服务机器人速度约束跟踪控制方法，其特征在于：
步骤1)中：动力学模型描述如下：



其中






X(t)表示服务机器人的实际行走轨迹，u(t)表示控制输入力，fi(i＝1,2,3)表示每个轮子的输入力，M表示机器人的质量，m表示使用者的质量，I0表示转动惯量，M0,B(θ)为系数矩阵；θ表示水平轴和机器人中心与第一个轮子中心连线间的夹角，l表示系统中心到每个轮子中心的距离，表示使用者的转动惯量；
将系数矩阵M0中使用者的质量m分解为m＝mr+Δm，其中mr表示设定的质量定常值，Δm表示质量的随机变化值，并将Δm转化到随机噪声η(t)中，得到如下方程：



其中为MR的逆矩阵，且






根据方程(2)，将随机噪声η(t)表示为其中υ表示3维独立随机过程，得



令并计算



进一步，式(3)化为



设随机噪声η(t)的谱密度为即成立，其中Λ表示谱密度矩阵，表示具有谱密度分布的随机过程，于是得到服务机器人的随机微分方程





3.根据权利要求1所述的一种适用于不同使用者的服务机器人速度约束跟踪控制方法，其特征在于：步骤2)中：系统的运动学模型描述如下：



其中BG(t)表示系数矩阵，且



V(t)＝[v1(t)v2(t)v3(t)]T，vi(t)(i＝1,2,3)表示每个轮子的运动速度；
由方程(7)进一步得，



离散化方程(8)，并令Y(t)＝X(t)表示系统输出，并将速度输入V(t)写成增量表达形式，得预测模型如下



其中k＝0,1,…,N-1，N表示预测时域；X(k)和X(k+1)分别表示当前时刻和后一时刻机器人运动轨迹；Y(k)表示当前时刻机器人运动位置输出；ΔV(k)表示当前时刻速度增量，V(k-1)表示前一时刻速度输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙平，孙桐，薛皖东，李树江，刘明硕，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21