星球熔岩管探测机器人的控制方法技术

本发明专利技术涉及星球探测技术领域，具体而言，涉及一种星球熔岩管探测机器人的控制方法。该星球熔岩管探测机器人的控制方法包括：获取预测控制模型和星球熔岩管探测机器人在当下时刻的状态量；通过预测控制模型对当下时刻的状态量进行迭代，获得下一时刻的预测状态量；获取星球熔岩管探测机器人的运动约束条件，通过运动约束条件对预测状态量进行约束，获得输入增量；通过输入增量控制星球熔岩管探测机器人追踪目标轨迹。由此，通过运动约束条件对预测状态量进行约束获得输入增量，使输入增量可以约束于安全范围内，避免产生运动失效的情况，从而增加了对星球熔岩管探测机器人的控制稳定性。定性。定性。

【技术实现步骤摘要】
星球熔岩管探测机器人的控制方法


[0001]本专利技术涉及星球探测
，具体而言，涉及一种星球熔岩管探测机器人的控制方法。

技术介绍

[0002]星球熔岩管探测机器人主要用于在星球表面进行考察。现有技术中，星球熔岩管探测机器人主要通过PID控制算法或神经网络控制算法对运动路径进行追踪，但是，这些算法对参数和环境的依赖程度较高，当星球熔岩管探测机器人在星球的表面追踪目标轨迹时，星球熔岩管探测机器人容易受到路面因素及机器人动力因素的影响而产生运动失效的情况，从而影响了星球熔岩管探测机器人的控制稳定性。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的问题是如何提高对星球熔岩管探测机器人的控制稳定性。
[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种星球熔岩管探测机器人的控制方法，包括获取预测控制模型和星球熔岩管探测机器人在当下时刻的状态量；通过所述预测控制模型对当下时刻的所述状态量进行迭代，获得下一时刻的预测状态量；获取星球熔岩管探测机器人的运动约束条件，通过所述运动约束条件对所述预测状态量进行约束，获得输入增量；通过所述输入增量控制所述星球熔岩管探测机器人追踪目标轨迹。
[0005]可选地，所述获取星球熔岩管探测机器人的运动约束条件，通过所述运动约束条件对所述预测状态量进行约束，获得输入增量包括：对当前时刻的状态量和下一时刻的所述预测状态量之和进行二次规划，使下一时刻的所述预测状态量约束至所述运动约束条件内，对约束后的预测状态量进行矩阵转换获得所述输入增量。
[0006]可选地，所述运动约束条件包括运动速度约束条件、运动加速度约束条件、结构干涉约束条件和运动区域约束条件中的至少一种。
[0007]可选地，通过所述输入增量控制所述星球熔岩管探测机器人追踪目标轨迹包括：获取抗打滑力位混合控制律；将所述输入增量代入所述抗打滑力位混合控制律，获得所述星球熔岩管探测机器人的驱动机构的控制增量；基于所述控制增量控制星球熔岩管探测机器人的驱动机构运行。
[0008]可选地，所述获取抗打滑力位混合控制律包括：获取所述星球熔岩管探测机器人的牵引力系数、动力学模型和牵引力系数约束条件；将所述牵引力系数约束至所述牵引力系数约束条件内获取期望牵引力系数；将所述期望牵引力系数代入所述动力模型获得期望拉绳拉力值；通过所述期望拉绳拉力值获得抗打滑力位混合控制律。
[0009]可选地，所述抗打滑力位混合控制率为：τ
D
＝T
D
+τ1+τ2：其中，T
D
为所述星球熔岩管探测机器人的力矩前馈项；τ1为所述星球熔岩管探测机器人基于位置偏差的PD控制项；τ2为所述星球熔岩管探测机器人基于期望拉绳拉力值偏差的PD控制项。
[0010]可选地，所述预测控制模型为MPC模型。
[0011]与现有技术相比，本专利技术所述的星球熔岩管探测机器人的控制方法具有的有益效果是：
[0012]本专利技术通过获取所述预测控制模型和所述星球熔岩管探测机器人在当下时刻的状态量，使所述星球熔岩管探测机器人可以通过所述预测控制模型对所述当下时刻的状态量进行迭代获得下一时刻的预测状态量；通过获取所述车辆运动约束条件，并通过所述运动约束条件对所述预测状态量进行约束获得输入增量，使所述输入增量可以约束于安全范围内，避免产生运动失效的情况，从而增加了对所述星球熔岩管探测机器人的控制稳定性，通过将所述输入增量控制所述星球熔岩管探测机器人追踪目标轨迹，实现了对目标轨迹的追踪。
[0013]本专利技术还提供一种星球熔岩管探测机器人控制装置，包括获取模块，用于获取所述星球熔岩管探测机器人在当下时刻的状态量和运动约束条件；预测模块，用于通过所述预测控制模型对当下时刻的所述状态量进行迭代，输出下一时刻的预测状态量；修改模块，用于通过所述运动约束条件对所述预测状态量进行约束，获得输入增量；控制模块，用于通过所述输入增量控制所述星球熔岩管探测机器人追踪目标轨迹。所述星球熔岩管探测机器人控制装置具有所述星球熔岩管探测机器人的控制方法具有的有益效果，在此不再赘述。
[0014]本专利技术还提供一种星球熔岩管探测机器人，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，当所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的星球熔岩管探测机器人的控制方法。所述星球熔岩管探测机器人的控制方法具有的有益效果，在此不再赘述。
[0015]本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述的星球熔岩管探测机器人的控制方法。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例中的星球熔岩管探测机器人的控制方法的流程框图；
[0017]图2为本专利技术实施例中的星球熔岩管探测机器人的模型俯视图；
[0018]图3为本专利技术实施例中的星球车等效单车模型示意图；
[0019]图4为本专利技术实施例中的星球车的受力示意图。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。
[0021]在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一个实施例”和“一个实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实施方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或实施方式以合适的方式结合。
[0022]本专利技术实施例提供一种星球熔岩管探测机器人的控制方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0023]S1：获取预测控制模型和星球熔岩管探测机器人在当下时刻的状态量；
[0024]S2：通过所述预测控制模型对所述当下时刻的状态量进行迭代，获得下一时刻的预测状态量；
[0025]S3：获取星球熔岩管探测机器人的运动约束条件，通过所述运动约束条件对所述预测状态量进行约束，获得输入增量；
[0026]S4：通过所述输入增量控制所述星球熔岩管探测机器人追踪目标轨迹。
[0027]具体地，所述获取预测控制模型包括：构建所述星球熔岩管探测机器人在松软或硬质平地上的运动学模型。在一种实施方式中，如图2至图3所示，所述星球熔岩管探测机器人为轮系机器人，所述星球熔岩管探测机器人包括两个前轮和一个后轮，由于星球熔岩管探测机器人以阿克曼转向的方式实现在星球表面的转动运动，通过两个前轮的差速运动改变前轮支架的转角(δ)及前轮合速度(V
f
)以实现星球熔岩管探测机器人的转向。由此，可以将星球熔岩管探测机器人的前轮等效为单个车轮，获得星球熔岩管探测机器人的单车等效模型。基于所述星球熔岩管探测机器人的等效模型，可以将等效轮速度表示为：
[0028][0029]式中，v
f
为等效轮的速度；J
e
为等效轮与两个前轮的雅克比矩阵；为车轮的转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星球熔岩管探测机器人的控制方法，其特征在于，包括：获取预测控制模型和星球熔岩管探测机器人在当下时刻的状态量；通过所述预测控制模型对当下时刻的所述状态量进行迭代，获得下一时刻的预测状态量；获取星球熔岩管探测机器人的运动约束条件，通过所述运动约束条件对所述预测状态量进行约束，获得输入增量；通过所述输入增量控制所述星球熔岩管探测机器人追踪目标轨迹。2.根据权利要求1所述的星球熔岩管探测机器人的控制方法，其特征在于，所述获取星球熔岩管探测机器人的运动约束条件，通过所述运动约束条件对所述预测状态量进行约束，获得输入增量包括：对当下时刻的所述状态量和下一时刻的所述预测状态量之和进行二次规划，以使下一时刻的所述预测状态量约束至所述运动约束条件内，对约束后的预测状态量进行矩阵转换获得所述输入增量。3.根据权利要求2所述的星球熔岩管探测机器人的控制方法，其特征在于，所述运动约束条件包括运动速度约束条件、运动加速度约束条件、结构干涉约束条件和运动区域约束条件中的至少一种。4.根据权利要求1所述的星球熔岩管探测机器人的控制方法，其特征在于，通过所述输入增量控制所述星球熔岩管探测机器人追踪目标轨迹包括：获取抗打滑力位混合控制律；将所述输入增量代入所述抗打滑力位混合控制律，获得所述星球熔岩管探测机器人的驱动机构的控制增量；基于所述控制增量控制所述星球熔岩管探测机器人的驱动机构运行。5.根据权利要求4所述的星球熔岩管探测机器人的控制方法，其特征在于，所述获取抗打滑力位混合控制律包括：获取所述星球熔岩管探测机器人的牵引力系数、动力学模型和牵引力系数约束条件；将所述牵引力系数约束至所述牵引力系数约束条件内获取期望...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁亮，高海波，于兆玮，杨怀广，黄澜，李楠，邓宗全，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：