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专利号: 2018107783180
申请人: 重庆理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于领航跟随法的机器人队形可变编队控制方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1:预先规划领航机器人的运动轨迹;领航机器人将初始编队信息发送给跟随机器人;其中,初始编队信息包括领航机器人与跟随机器人之间的初始期望相对距离和初始期望相对角度;

步骤2:领航机器人根据预先规划的运动轨迹确定自身的当前位姿信息和当前速度信息;其中,当前位姿信息包括机器人的方向角与其在全局坐标系中的中心点坐标;当前速度信息包括角速度与线速度;

步骤3:领航机器人判断是否需要进行队形变换,即判断当前编队信息中领航机器人与跟随机器人之间的当前期望相对距离与当前期望相对角度是否需要改变;若是,则更新当前编队信息,并进入步骤4;若否,进入步骤5;

步骤4:领航机器人将当前编队信息、自身的当前位姿信息和当前速度信息发送给跟随机器人;

步骤5:领航机器人将自身的当前速度信息与当前位姿信息发送给跟随机器人;

步骤6:跟随机器人确定自身的当前位姿信息和当前速度信息,并根据自身的当前位姿信息和当前速度信息、当前编队信息、领航机器人的当前位姿信息和当前速度信息,计算跟随机器人与领航机器人之间的当前位姿误差,所述当前位姿误差包括距离误差与角度误差;

步骤7:跟随机器人判断当前位姿误差的是否在零的小邻域内;若是,则保持前一时刻的控制输出量,从而使得队形能够保持,并回到步骤2;若否,则进入步骤8:步骤8:跟随机器人的控制器根据当前位姿误差计算能够使得当前位姿误差的落入零的小邻域内的当前控制输出量,并且跟随机器人根据当前控制输出量进行运行,从而使得队形得到变换,并回到步骤2。

2.根据权利要求1所述的基于领航跟随法的机器人队形可变编队控制方法,其特征在于:领航机器人与跟随机器人均为差分驱动的轮式机器人,所述轮式机器人包括前端的转向轮与后端的左驱动轮、右驱动轮。

3.根据权利要求2所述的基于领航跟随法的机器人队形可变编队控制方法,其特征在于:所述全局坐标系为笛卡尔平面直角坐标系。

4.一种用于机器人队形可变编队控制的控制器,其特征在于:所述控制器用于安装在跟随机器人上,所述控制器包括输入模块、误差计算模块、控制量计算模块以及输出模块;

所述输入模块用于接收领航机器人发送的当前编队信息、领航机器人的当前位姿信息和速度信息;所述当前编队信息包括领航机器人与跟随机器人之间的当前期望相对距离和当前期望相对角度;所述当前位姿信息包括机器人的方向角与其在全局坐标系中的中心点坐标;所述当前速度信息包括角速度与线速度;

所述误差计算模块用于根据跟随机器人的当前位姿信息和当前速度信息、当前编队信息、领航机器人的当前位姿信息和当前速度信息,计算跟随机器人与领航机器人之间的当前位姿误差,并判断当前位姿误差是否在零的小邻域内;

所述控制量计算模块用于根据当前位姿误差,计算能够使得当前位姿误落入零的小邻域内的当前控制输出量;

所述输出模块用于将当前控制输出量发送给跟随机器人的电机驱动模块。

5.根据权利要求4所述的用于机器人队形可变编队控制的控制器,其特征在于:领航机器人与跟随机器人均为差分驱动的轮式机器人,所述轮式机器人包括前端的转向轮与后端的左驱动轮、右驱动轮;所述全局坐标系为笛卡尔平面直角坐标系。

6.根据权利要求5所述的用于机器人队形可变编队控制的控制器,其特征在于:当前位姿误差按如下公式计算:其中, 为X轴方向上的距离误差, 为Y轴方向上的距离误差, 为角度误差; 为X轴方向上的期望相对距离, 为Y轴方向上的期望相对距离; 为X轴方向上的当前相对距离, 为Y轴方向上的当前相对距离;θi为领航机器人的当前方向角,θj为跟随机器人的当前方向角。

7.根据权利要求6所述的用于机器人队形可变编队控制的控制器,其特征在于:控制输出量包括左驱动轮转速 与右驱动轮转速 跟随机器人的控制器按如下公式计算控制量:左驱动轮转速

右驱动轮转速

其中,r表示驱动轮直径,D表示左驱动轮与右驱动轮之间的间距,d表示跟随机器人的转向轮到其中心点的距离;k1、k2均为控制参数;wi表示领航机器人的角速度;f1、f2的表达式分别如下:其中, 表示期望相对距离,表示 的导数; 表示期望相对角度, 表示 的导数;

vi表示领航机器人的线速度。