本发明专利技术公开了一种运动学模型的移动机器人轨迹跟踪控制方法及系统，该方案首先根据非完整轮式机器人的运动特性，获取非完整轮式机器人的运动学模型；接着，根据移动机器人的实际位姿和期望位姿之间的误差，建立轨迹跟踪误差微分方程；最后根据轨迹跟踪误差微分方程来构建机器人轨迹跟踪控制器，以实现非完整轮式移动机器人的轨迹跟踪。本控制方案更具鲁棒性且控制精度高，能够有效克服现有技术所存在的问题。
2、其中，路径规划是轨迹跟踪控制的第一步，它确定机器人需要遵循的理想轨迹。通常使用全局路径规划算法(如a*算法、dijkstra算法)生成全局路径，然后使用局部路径规划算法(如基于速度的spline插值)生成平滑的局部轨迹。
3、控制器作为核心部分，主要负责根据当前状态和目标轨迹生成适当的控制输入，以使机器人按照规划的轨迹移动。控制器可以基于不同的控制策略设计，如pid控制、模型预测控制(mpc)或适应性控制。
6、实时传感器反馈主要由相应的传感器构建，如激光雷达、摄像头、编码器等，用于实时监测机器人的位置和周围环境，这些传感器的数据用于控制器的实时反馈，以校正机器人的轨迹跟踪。
>9、再者，现有轨迹跟踪控制方案需要依赖传感器来感知周围环境，若在复杂环境中的传感器噪声、遮挡和不完全性可能导致跟踪误差。10、再者，现有轨迹跟踪控制方案在高速运动下，机器人轨迹跟踪变得更加困难，需要更高性能的控制算法和传感器来确保安全和精确性。
11、公开号cn115933647a的中国专利技术专利申请公开了基于复合控制算法的omr轨迹跟踪控制方法，其所公开的方法包括：给定参考机器人的姿态和速度，通过标称运动学模型计算得到参考机器人的位置信息，通过实际运动学模型得到跟随机器人的位置信息；结合轨迹跟踪误差模型，计算得到第k时刻跟随机器人的跟踪误差；通过模型预测控制器获得跟随机器人的最优输入，结合改进滑模观测器，获得跟随机器人的真实集总扰动向量的估计值；通过估计值对跟随机器人进行扰动估计补偿，控制跟随机器人的速度。
12、该方案具体为模型预测结合滑膜控制技术，其在实际应用时，在平滑性、鲁棒性以及目标追踪等方面存在不足，无法满足实际需求。
技术实现思路
1、针对现有移动机器人轨迹跟踪控制方案所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于运动学模型的移动机器人轨迹跟踪控制方法，本控制方法基于反步法求解非线性系统来实现，更具鲁棒性且控制精度高，能够有效克服现有技术所存在的问题；在此基础上，本专利技术还进一步提供基于运动学模型的移动机器人轨迹跟踪控制系统。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供的基于运动学模型的移动机器人轨迹跟踪控制方法，包括：
3、1)区别机器人重心和形体中心关系，建立机器人运动学模型；
4、2)基于机器人的运动学模型，根据移动机器人的实际位姿和期望位姿之间的误差，建立机器人跟踪误差模，计算机器人轨迹跟踪误差微分方程。
5、3)根据步骤2)所得到的误差微分方程来生成机器人速度控制器。
6、在本专利技术的一些实施方式中，在步骤1)中建立机器人运动学模型时，首选分别区分确定机器人的重心与形体中心，并据此进一步确定机器人重心和形体中心之间的相对关系，再基于机器人重心和形体中心之间的相对关系来构建机器人运动学模型。
7、在本专利技术的一些实施方式中，在步骤1)中建立机器人运动学模型时，
8、包括如下步骤：
9、(1.1)机器人几何建模：
10、首先，对机器人的几何结构进行建模；
11、(1.2)质量分布建模：
12、针对机器人的质量分布进行质量分布建模；
13、(1.3)重心位置计算：
14、基于机器人的质量分布建模，计算确定确定整个机器人系统的重心位置；
15、(1.4)形体中心计算：
16、针对机器人进行过几何建模，确定机器人外部形状的几何中心计点位置，不考虑质量分布；
17、(1.5)区分重心和形体中心：
18、通过计算重心和形体中心之间的相对位置，区分两者的关系；
19、(1.6)建立运动学模型：
20、基于机器人的重心和形体中心之间的关系，建立机器人的运动学模型。
21、在本专利技术的一些实施方式中，在步骤2)中建立机器人跟踪误差模型包括：
22、(2.1)构建全局坐标系；
23、(2.2)在全局坐标系中确定：领航机器人的位姿坐标rl＝(xl,yl,θl)t，虚拟机器人的位姿坐标rv＝(xv,yv,θv)t，跟随机器人rf位置的位姿坐标rf＝(xf,yf,θf)t，
24、其中，(xl,yl,θl)t,xl,yl分别代表领航机器人在全局坐标系中的x轴、y轴的坐标，θl为机器人的偏航角；
25、(xv,yv,θv)t,xv,yv分别代表虚拟机器人在全局坐标系中的x轴、y轴的坐标，θv为机器人的偏航角；
26、(xf,yf,θf)t,xf,yf分别代表跟随机器人在全局坐标系中的x轴、y轴的坐标，θf为机器人的偏航角；
27、(2.3)根据步骤(2.2)确定的位姿坐标，确定虚拟机器人rv相对于领航机器人rl的实际位置模型：
28、
29、以及确定跟随机器人rf相对于领航机器人rl的实际位置模型：
30、
31、其中，ld为跟随机器人rf与领航机器人rl的期望相对距离；
32、为期望相对角度；
33、lc为在全局坐标系下跟随机器人rf与领航机器人rl的实际距离，为在全局坐标系下跟随机器人rf与领航机器人rl的角度，并有
34、(2.4)基于步骤(1)建立的机器人运动学模型，构建在跟随机器人坐标系下的动态误差模型：
35、
36、其中，(xv-xf,yv-yf,θv-θf)t为在世界坐标系oxy下跟随机器人rf与虚拟机器人rv的位姿误差；
37、(2.5)基于步骤(2.4)构建的动态误差模型，计算确定机器人轨迹跟踪误差微分方程：
38、
39、在本专利技术的一些实施方式中，在步骤3)中基于步骤2)所得到的误差微分方程采用反步法方式来生成机器人速度控制器。
40、在本专利技术的一些实施方式中，在步骤3)中形成的机器人速度控制器如下：
41、
42、其中，vf为跟随机器人rf的线速度，ωf为跟随机器人rf的角本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于运动学模型的移动机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的移动机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于，在步骤1)中建立机器人运动学模型时，首选分别区分确定机器人的重心与形体中心，并据此进一步确定机器人重心和形体中心之间的相对关系，再基于机器人重心和形体中心之间的相对关系来构建机器人运动学模型。
3.根据权利要求2所述的移动机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于，在步骤1)中建立机器人运动学模型时，包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的移动机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于，在步骤2)中建立机器人跟踪误差模型包括：
5.根据权利要求1所述的移动机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于，在步骤3)中基于步骤2)所得到的误差微分方程采用反步法方式来生成机器人速度控制器。
6.根据权利要求1所述的移动机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于，在步骤3)中形成的机器人速度控制器如下：
7.根据权利要求1所述的移动机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述轨迹跟踪控制方法基于机器人速度控制器来控制机器人跟随目标速度调整反馈的过程，包括：
8.基于运动学模型的移动机器人轨迹跟踪控制系统，所述移动机器人轨迹跟踪控制系统为计算机程序产品，其特征在于，当在数据处理设备上执行时，适于执行权利要求1-7中任一项所述的移动机器人轨迹跟踪控制方法的步骤。
...
【技术特征摘要】
1.基于运动学模型的移动机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的移动机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于，在步骤1)中建立机器人运动学模型时，首选分别区分确定机器人的重心与形体中心，并据此进一步确定机器人重心和形体中心之间的相对关系，再基于机器人重心和形体中心之间的相对关系来构建机器人运动学模型。
3.根据权利要求2所述的移动机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于，在步骤1)中建立机器人运动学模型时，包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的移动机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于，在步骤2)中建立机器人跟踪误差模型包括：
5.根据权利要求1所述的移...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋鸿福，尧祖成，吴兵，祁明顺，郑巍，王康，刘逸超，包新宇，阴光华，
申请(专利权)人：中国建筑第八工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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