基于约束简化的全向全驱机器人轨迹追踪方法技术

技术编号:44586053 阅读:33 留言:0更新日期:2025-03-14 12:46
本发明专利技术提出了一种基于约束简化的全向全驱机器人轨迹追踪方法,属于地面轮式移动机器人轨迹追踪技术领域。该方法在刚体动力学的基础上建立起机器人运动学模型,表示出了每一组车轮速度矢量与机器人速度信息在世界坐标系下的变换关系,并且将电机物理特性造成的多组硬约束问题转化为目标函数中的软约束或无约束问题,提高了程序运行速度与求解成功率。此外,在控制最外环基于高频里程计信息对因机械摩擦和噪音干扰造成的追踪误差进行补偿,确保机器人按照控制指令精确执行。经过实验验证,该方法的每帧求解速度在50ms以内,并且对于参考轨迹的追踪误差评价控制在5cm以内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地面轮式移动机器人轨迹追踪,涉及一种基于约束简化的全向全驱机器人轨迹追踪方法,通过机器人运动学模型分析、建立系统状态方程与目标函数以及控制外环机械误差补偿等,实现机器人位姿追踪效果。


技术介绍

1、全向移动机器人是指一类不需要依靠额外的转向机构,就能实现平面内三自由度运动的移动机器人,即可进行独立的前后位移、左右平移与原地自转。如今,最常见的全向移动机器人包括四轮转向机器人(fourwheel steer,简称4ws)、麦克纳姆机器人以及双/四轮差速机器人等。其中,基于麦克纳姆轮的全向移动机器人具有运动稳定性高,灵活度强等优点,但其较为复杂的轮结构降低了能量转化效率,限制了机器人运动的速度,极大地影响了机器人的负载能力以及在非结构化环境中运动的可靠性,无法满足复杂环境下的作业需求。

2、4ws系统摒弃了传统机械转向结构,通过用电机分别控制车轮运行朝向和车轮驱动,实现全轮转向、全轮驱动的功能。这种方式在保持传统移动机器人优势的基础上,具备了全向全驱的能力,可以实现原地转向、斜走等高度灵活的运动方式,同时也能适应草地、土路等非结构化恶本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.全向全驱机器人轨迹追踪方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的全向全驱机器人轨迹追踪方法,其特征在于,所述步骤1中,建立全向全驱移动机器人运动学模型具体方法为:

3.根据权利要求2所述的全向全驱机器人轨迹追踪方法,其特征在于,所述步骤2中,定义系统状态量χ=[ex ey eθξ]T、系统控制输入为u=[vx vyω]T,其中ex,ey分别表示机器人实际位置与参考轨迹在x轴、y轴之间的误差,eθ为机器人实际朝向与参考轨迹之间的朝向角误差,ξ为各车轮在机器人局部坐标系下的速度矢量。

4.根据权利要求3所述的全向全驱机器人轨迹追踪方法,...

【技术特征摘要】

1.全向全驱机器人轨迹追踪方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的全向全驱机器人轨迹追踪方法,其特征在于,所述步骤1中,建立全向全驱移动机器人运动学模型具体方法为:

3.根据权利要求2所述的全向全驱机器人轨迹追踪方法,其特征在于,所述步骤2中,定义系统状态量χ=[ex ey eθξ]t、系统控制输入为u=[vx vyω]t,其中ex,ey分别表示机器人实际位置与参考轨迹在x轴、y轴之间的误差,eθ为机器人实际朝向与参考轨迹之间的朝向角误差,ξ为各车轮在机器人局部坐标系下的速度矢量。

4.根据权利要求3所述的全向全驱机器人轨迹追踪方法,其特征在于,所述系统状态转移方程的构建过程如下:

5.根据权利要求4所述的全向全驱机器人轨迹追踪方法,其特征在于,所述步骤3中建立目标函数,具体过程为:

6.根据权利要求5所述的全向全驱机器人轨迹追踪方法,其特征在于,所述步骤3中,系统状态转移方程用于根据当前时刻系统状态量与控制量得到接下来时刻系统预测的状态量,目标...

【专利技术属性】
技术研发人员:闫飞徐韶庄严
申请(专利权)人:大连理工大学
类型:发明
国别省市:

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