技术特征：
1.一种基于电压控制的轨迹跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：建立移动机器人在未知纵滑和侧滑下的运动学模型和第一动力学模型；建立所述移动机器人驱动电机的第二动力学模型；根据所述第一动力学模型和第二动力学模型，得到总动力学模型；根据所述运动学模型和预先建立的运动学控制模块，得到外环控制回路；基于所述外环控制回路以实现所述移动机器人的位姿跟踪；根据所述预先建立的动力学控制模块和所述总动力学模型，得到以电压为总动力学模型控制输入的内环控制回路；基于所述内环控制回路采用线性扩张状态观测器对引入的集总扰动进行估计和补偿，并设计自抗扰控制器使移动机器人的当前速度收敛到所述运动学控制模块生成的期望速度，以实现所述移动机器人的轨迹跟踪。2.根据权利要求1所述的基于电压控制的轨迹跟踪方法，其特征在于，所述基于所述内环控制回路并采用电压控制方式对引入的集总扰动进行估计和补偿的步骤包括：设计线性扩张状态观测器，通过所述线性扩张状态观测器对引入所述总动力学模型的集总扰动进行估计和补偿；其中，所述集总扰动包括以下信息的任意一种或任意组合：移动机器人未知纵滑和侧滑扰动信息、建模不确定及未知输入扰动信息。3.根据权利要求2所述的基于电压控制的轨迹跟踪方法，其特征在于，所述线性扩张状态观测器为通过以下函数得到：其中，分别为状态向量x1、x2、x3的估计值，x1＝z,x3＝d
s
，z为移动机器人的实际速度，为系统集总扰动，且为系统集总扰动，且为系统集总扰动，且δm
s
为m
s
的变化量，τ
d
为未知有界可导力矩扰动，为移动机器人发生侧滑时引起的非匹配扰动向量，μ为移动机器人侧滑速度，θ为移动机器人的方向角，η＝[η
v η
ω
]
t
，η
v
＝r(ξ
r
+ξ
l
)/2为纵滑速度，η
ω
＝r(ξ
r-ξ
l
)/(2b)为纵滑引起的横摆率扰动，r为移动机器人驱动轮半径，2b为两驱动轮之间的距离，ξ
l
、ξ
r
分别为移动机器人左右驱动轮纵滑引起的干扰角速度，m、j分别为移动机器人的质量和转动惯量，l
a
、r
a
、k
t
、k
b
分别为驱动电机的电枢电感、电枢电阻、转矩常数和反电动势常数，n为机械齿轮减速比；β1、β2、β3分别为线性扩张状态观测器的第一增益、第二增益、第三增益，分别取值为：ω
o
＞0为观测器带
宽；宽；u
a
＝[u
ar u
al
]
t
表示移动机器人右、左驱动轮控制电压。4.根据权利要求1所述的基于电压控制的轨迹跟踪方法，其特征在于，所述使移动机器人的当前速度收敛到所述运动学控制模块生成的期望速度的步骤包括：设计自抗扰控制器，通过所述自抗扰控制器对所述移动机器人的当前速度进行控制，以使移动机器人的当前速度收敛到所述运动学控制模块生成的期望速度。5.根据权利要求4所述的基于电压控制的轨迹跟踪方法，其特征在于，所述自抗扰控制器为通过以下函数得到：其中，分别为状态向量x1、x2、x3的估计值，x1＝z,x3＝d
s
，z为移动机器人的实际速度，为系统集总扰动，且为系统集总扰动，且为系统集总扰动，且δm
s
为m
s
的变化量，τ
d
为未知有界可导力矩扰动，为移动机器人发生侧滑时引起的非匹配扰动向量，μ为移动机器人侧滑速度，θ为移动机器人的方向角，η＝[η
v η
ω
]
t
，η
v
＝r(ξ
r
+ξ
l
)/2为纵滑速度，η
ω
＝r(ξ
r-ξ
l
)/(2b)为纵滑引起的横摆率扰动，r为移动机器人驱动轮半径，2b为两驱动轮之间的距离，ξ
l
、ξ
r
分别为移动机器人左右驱动轮纵滑引起的干扰角速度，m、j分别为移动机器人的质量和转动惯量，l
a
、r
a
、k
t
、k
b
分别为驱动电机的电枢电感、电枢电阻、转矩常数和反电动势常数，n为机械齿轮减速比，z
c
为移动机器人的辅助速度，为控制器增益，ω
c
＞0为控制器带宽，＞0为控制器带宽，6.根据权利要求1所述的基于电压控制的轨迹跟踪方法，其特征在于，所述总动力学模型为通过以下函数得到：其中，u
a
＝[u
ar u
al
]
t
表示移动机器人右、左驱动轮控制电压，
δm
s
为m
s
的变化量，τ
d
为未知有界可导力矩扰动，为移动机器人发生侧滑时引起的非匹配扰动向量，μ为移动机器人侧滑速度，θ为移动机器人的方向角，η＝[η
v η
ω
]
t
，η
v
＝r(ξ
r
+ξ
l
)/2为纵滑速度，η
ω
＝r(ξ
r-ξ
l
)/(2b)为纵滑引起的横摆率扰动，r为移动机器人驱动轮半径，2b为两驱动轮之间的距离，ξ
l
、ξ
r
分别为移动机器人左右驱动轮纵滑引起的干扰角速度，m、j分别为移动机器人的质量和转动惯量，l
a
、r
a
、k
t
、k
b
分别为驱动电机的电枢电感、电枢电阻、转矩常数和反电动势常数，n为机械齿轮减速比。7.根据权利要求1所述的基于电压控制的轨迹跟踪方法，其特征在于，所述预先建立的运动学控制模块包括通过反步法设计得到的辅助运动学控制器。8.根据权利要求7所述的基于电压控制的轨迹跟踪方法，其特征在于，所述辅助运动学控制器为通过以下函数得到：其中v
c
、ω
c
分别为设计的移动机器人辅助线速度和辅助角速度，v
r
、ω
r
分别为移动机器人参考线速度和参考角速度，k1、k2、k3为辅助运动学控制器控制参数，且均为正常数，e
x
为移动机器人纵向误差，e
y
为移动机器人侧向误差，e
θ
为移动机器人方向误差。9.一种基于电压控制的轨迹跟踪装置，其特征在于，包括：第一模型建立单元，用于建立移动机器人在未知纵滑和侧滑下的运动学模型和第一动力学模型；第二模型建立单元，用于建立所述移动机器人驱动电机的第二动力学模型；根据所述第一动力学模型和第二动力学模型，得到总动力学模型；位姿跟踪单元，用于根据所述运动学模型和预先建立的运动学控制模块，得到外环控制回路；基于所述外环控制回路以实现所述移动机器人的位姿跟踪；轨迹跟踪单元，用于根据所述预先建立的动力学控制模块和所述总动力学模型，得到以电压为总动力学模型控制输入的内环控制回路；基于所述内环控制回路采用线性扩张状态观测器对引入的集总扰动进行估计和补偿，并设计自抗扰控制器使移动机器人的当前速度收敛到所述运动学控制模块生成的期望速度，以实现所述移动机器人的轨迹跟踪。10.一种移动机器人，其特征在于，包括移动机器人主体及设置在所述移动机器人主体上的控制器；所述控制器用于执行权利要求1至8任意一项所述的基于电压控制的轨迹跟踪方法。
技术总结
本申请涉及一种基于电压控制的轨迹跟踪方法、装置及移动机器人，方法通过建立移动机器人在未知纵滑和侧滑下的运动学模型和第一动力学模型；建立驱动电机的第二动力学模型；根据第一动力学模型和第二动力学模型，得到总动力学模型；根据运动学模型和运动学控制模块，得到外环控制回路；基于外环控制回路以实现移动机器人的位姿跟踪；根据动力学控制模块和总动力学模型，得到以电压为总动力学模型控制输入的内环控制回路；基于内环控制回路采用线性扩张状态观测器对引入的集总扰动进行估计和补偿，并设计自抗扰控制器使移动机器人的当前速度收敛到运动学控制模块生成的期望速度，以实现对移动机器人精准地轨迹跟踪，提高移动机器人的运动控制性能。移动机器人的运动控制性能。移动机器人的运动控制性能。
技术研发人员：请求不公布姓名 邓亮 郑卓斌 王立磊
受保护的技术使用者：广州科语机器人有限公司
技术研发日：2022.03.23
技术公布日：2023/1/30