一种全转向移动机器人的多模式切换控制方法及系统技术方案

本发明专利技术属于移动机器人控制相关技术领域，其公开了一种全转向移动机器人的多模式切换控制方法，所述方法包括：首先，构建全转向移动机器人的多个子运行模式的统一模型，然后根据预设轨迹曲率信息、实时跟随误差以及预设驱动速度等设计模式切换逻辑规则，实现移动机器人多模式自适应平滑切换控制，然后采用分数阶滑模函数对切换后的模式进行优化，实现无颤振切换。本申请还提供了一种全转向移动机器人的多模式切换控制系统。本申请中的方法和系统可以实现多种运动模式的自适应平滑切换，无颤振，鲁棒性好，普适性广。

【技术实现步骤摘要】
一种全转向移动机器人的多模式切换控制方法及系统
本专利技术属于移动机器人控制相关
，更具体地，涉及一种全转向移动机器人的多模式切换控制方法及系统。
技术介绍
无轨自主移动机器人广泛的应用于无人工厂、物流搬运、电力巡检等智能制造领域，现有的无轨自主移动机器人普遍采用双驱差速轮、四驱麦克纳姆轮或者单舵轮等驱动方式。双驱差速轮无法平移，在物流停靠站点密集的场景中需反复绕圈转向，效率低下，在大载荷应用场景下，运动速度低；麦克纳姆轮对地面平整度要求高，舵轮成本较高。相比以上驱动方式，四轮独立驱动、独立全转向的无轨自主移动机器人在操作稳定性、灵活性、承载能力、地面适应性等方面具有明显优势。从四轮转角配置分析，此类全转向移动机器人可配置在原点回转并能精确调整方向、点到点快速斜行以及兼顾转向转弯的可调节式阿克曼模式等，各模式差异化动态特性提高了运动灵活性，可避开奇异位形与障碍物，满足复杂运行环境下高速移动、频繁启停的运行需求。现实应用中，移动机器人的运动控制性能将直接影响到设备的运行精度和运行效率。如何根据全转向移动机器人的运行状态设计运动控制器有待进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全转向移动机器人的多模式切换控制方法，所述模式包括原地回转模式、斜行模式、阿克曼模式以及双阿克曼模式，其特征在于，所述方法包括：/nS1，获取所述移动机器人的全转向状态变量矩阵；/nS2，根据所述全转向状态变量矩阵分别获取所述原地回转模式下的速度跟随误差矩阵，以及所述斜行模式、阿克曼模式和双阿克曼模式下的位移和角度跟随误差矩阵；/nS3，根据所述斜行模式、阿克曼模式和双阿克曼模式下的位移和角度跟随误差矩阵获得所述斜行模式、阿克曼模式和双阿克曼模式下的速度跟随误差矩阵，并构建所述速度跟随误差矩阵的统一模型，其中，所述速度跟随误差矩阵的统一模型为：/n

【技术特征摘要】
1.一种全转向移动机器人的多模式切换控制方法，所述模式包括原地回转模式、斜行模式、阿克曼模式以及双阿克曼模式，其特征在于，所述方法包括：
S1，获取所述移动机器人的全转向状态变量矩阵；
S2，根据所述全转向状态变量矩阵分别获取所述原地回转模式下的速度跟随误差矩阵，以及所述斜行模式、阿克曼模式和双阿克曼模式下的位移和角度跟随误差矩阵；
S3，根据所述斜行模式、阿克曼模式和双阿克曼模式下的位移和角度跟随误差矩阵获得所述斜行模式、阿克曼模式和双阿克曼模式下的速度跟随误差矩阵，并构建所述速度跟随误差矩阵的统一模型，其中，所述速度跟随误差矩阵的统一模型为：



其中，xe为x方向的位移跟随误差，ye为y方向的位移跟随误差，ze为角度跟随误差，为x方向的速度跟随误差，为y方向的速度跟随误差，为角速度跟随误差，vr为预设驱动速度，ωr为预设驱动角速度，v和ω为所述移动机器人的控制输入运行速度和角速度；
S4，根据所述移动机器人的预设轨迹的曲率信息判断转弯角度是否为锐角，若为锐角则启动原地回转模式，若不是锐角则执行步骤S5；
S5，将所述预设驱动速度、预设驱动角速度、预设轨迹的曲率信息以及速度跟随误差矩阵中的速度跟随误差作为模糊规则输入，实现多层次模糊切换，获得最佳运行模式。


2.根据权利要求1所述的多模式切换控制方法，其特征在于，所述多层次模糊切换规则的输出表达式为：






其中，为隶属度函数，为的均值，为的均值，m为模糊规则的数量，n1和n2分别为两级模糊化的输入变量个数，为第一级模糊规则的输出信号，为第二级模糊规则的输出运行模式，xi为模糊规则输入变量，当i＝1时为所述轨迹的曲率信息，当i＝2时为预设驱动速度和速度跟随误差。


3.根据权利要求2所述的多模式切换控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
S6，将每个模糊规则输入变量的层级模糊化分为多个模糊规则集合，每一所述模糊规则集合对应一隶属度函数。


4.根据权利要求3所述的多模式切换控制方法，其特征在于，所述模糊规则集合对应的隶属度函数为：



其中，up表示第p个模糊规则的隶属度函数，ap和bp为隶属度函数的系数，exp为以自然常数e为底的指数函数。


5.根据权利要求1所述的多模式切换控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
S7，设计所述原地回转模式、斜行模式、阿克曼模式以及双阿克曼模式下的耦合滑模面，所述原地回转模式下的耦合滑模面s1的计算公式为：



其中，k3为控制系数；
所述斜行模式、阿克曼模式和双阿克曼模式下的耦合滑模面S的计算公式为：



其中，sat(*)为饱和函数，k0、k1和k2为控制系数，α∈(0，1)为分数阶阶次，D为分数阶求导算子，s2＝Dα-1xe+k1xe和s3＝Dα-1ye+k2ye+k0*sat(ye)|ze|为两个滑模面；
S8，基于分数阶滑模的自适应控制律函数和所述耦合滑模面的计算公式获取所述移动机器人控制输入速度v和角速度ω，以实现所述速度跟随误差收敛于0。


6.根据权利要求5所述的多模式切换控制方法，其特征在于，所述原地回转模式下的自适应控制律函数为：



其中，Lf为所述移动机器人前轮到其重心的距离，为所述移动机器人的虚拟前轮转向角的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢远龙，王书亭，蒋立泉，孟杰，孙浩东，李鹏程，吴天豪，章小龙，张捷，吴昊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42