为主控制器的第k次总 输出值;c为泛化系数。
[0093] 另外，采用梯度下降法，利用PID输出值在线训练CMAC中的连接权值，梯度下降法 的调整规则为：
(5)
[0094]
[0095] 上述(5)式中，w(k)或w(k-l)为CMAC中实际存储器A1内的第k或k-Ι个连接权值;η 为学习率，0〈η〈1 ;α为动量因子。
[0096]第六步，车轮转速误差再次计算
[0097]光电编码器对调整后的实际速度y(2)进行再次检测，并反馈给主控制器；主控制 器按照第三步方法对车轮转速误差进行再次计算。
[0098] 第七步，CMAC和PID再次联合控制
[0099] 主控制器将第六步再次计算的转速误差再次送入控制单元，并按照第五步方法， 利用第五步中新的PID输出值uP(3)在线训练CMAC中的连接权值w(3)，并得到主控制器第三 次总输出值u(3)，主控制器按照第三次总输出值u(3)对多个车轮的实际速度进行调整与控 制。
[0100] 第八步，重复第六步与第七步，经过数次训练，最终CMAC的输出u。会无限接近机器 人控制系统的总控制输入u，而PID的输出叫则为零。
[0101] 综上所述，本发明的麦克纳姆轮全向移动机器人使用四轮布局结构并结合六自由 度机械手，具备在平面内的全方位移动能力;通过使用高效的CAMC+PID联合控制算法，提升 了机器人的运动控制精度及其平稳性，即使碰到不平路面，控制系统也具有良好的抗干扰 能力和自适应性;尤其是在狭小作业空间、障碍较多以及需要频繁转向和精确定位的环境 内运行时，具有独特的运动灵活性和工作效率。
[0102] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中 的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这 些等同变换均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于CMAC和PID的全向移动机器人的移动控制方法，其特征在于：包括如下步 骤： 第一步，CMAC结构设计:根据机器人轮组的给定速度，进行CMAC结构设计;CMAC结构包 括输入状态空间S、概念存储器A、实际存储器Al和CMC输出值U。； 第二步，给定速度分量输入:将机器人轮组的给定速度W无线或有线的方式传送给机 器人的主控制器，其中，给定速度包括车轮沿x、y方向的线速度W及车轮绕Z轴的旋转角速 度;主控制器按照逆运动学控制模型，将接收的给定速度转化为多个车轮的转动速度； 第S步，主控制器开始作用：主控制器为CMAC和PID联合控制器；此时，将主控制器中 CMAC的输出设置为零，主控制器将WPID方式驱动电机带动车轮转动，主控制器第一次总输 出值等于PID输出值； 第四步，车轮转速误差计算:通过光电编码器对第=步中各车轮转动时的实际速度进 行检测，并反馈给主控制器;主控制器将接收的实际速度与转化后的给定速度进行对比，并 计算出车轮转速误差； 第五步，CMAC和PID联合控制：主控制器将第四步计算的转速误差送入控制单元，此时， 主控制器将采用CMAC和PID联合控制的方式，利用第=步中的PID输出值在线训练CMAC中的 连接权值，CMAC根据接收的转速误差W及训练后的连接权值，得到CMAC输出值，PID也根据 接收的转速误差得到一个新的PID输出值;主控制器第二次总输出值等于CMAC输出值与新 的PID输出值之和，主控制器按照第二次总输出值对多个车轮的实际速度进行调整与控制； 第六步，车轮转速误差再次计算:光电编码器对调整后的实际速度进行再次检测，并反 馈给主控制器;主控制器按照第=步方法对车轮转速误差进行再次计算； 第屯步，CMAC和PID再次联合控制:主控制器将第六步再次计算的转速误差再次送入控 制单元，并按照第五步方法，利用第五步中新的PID输出值在线训练CMAC中的连接权值，并 得到主控制器第=次总输出值，主控制器按照第=次总输出值对多个车轮的实际速度进行 调整与控制； 第八步，重复第六步与第屯步，直至转速误差为零，停止调整。2. 根据权利要求1所述的基于CMAC和PID的全向移动机器人的移动控制方法，其特征在 于:所述第一步中，CMC结构设计步骤如下： 步骤1，从输入状态空间S至概念存储器A的概念映射:将输入空间S在区间[Si, S2]上分 成化2C个量化间隔，具体分法为：(1) 上述(1)式中，d为概念存储器A内的存储值； 步骤2,实际映射:CMAC采用如下的杂散编码方法实现实际映射关系：(2) 上述(2)式中，ai为CMAC中实际存储器Al内的一个指针，每个指针内均存储着相应的连 接权值;Sk为第k个输入样本值； 0) 步骤3 ,CMC的输出Uc化)为： 上述(3)式中，Uc化)为CMAC的第k次输出值;Wi为CMAC中实际存储器A1内的第i个连接权 值;C为泛化参数。3. 根据权利要求2所述的基于CMAC和PID的全向移动机器人的移动控制方法，其特征在 于:所述第五步和第屯步中，CMAC和PID联合控制的调整目标为：(4) 上述(4)式中，E化)为CMAC和PID联合控制的调整目标;U化)为主控制器的第k次总输出 值;C为泛化系数。4. 根据权利要求3所述的基于CMAC和PID的全向移动机器人的移动控制方法，其特征在 于:所述第五步和第屯步中，采用梯度下降法，利用PID输出值在线训练CMAC中的连接权值， 梯度下降法的调整规则为：(5) 上述(5)式中，W化)或w(k-l)为CMAC中实际存储器Al内的第k或k-1个连接权值;n为学 习率，〇<ri<l;a为动量因子。5. 根据权利要求1所述的基于CMAC和PID的全向移动机器人的移动控制方法，其特征在 于:所述第二步中，全向移动机器人的车轮为四个，每个车轮均为麦克纳姆轮;所述逆运动 学控制模型为：式中，O 1、O 2、《 3和《 4为按照逆运动学控制模型，将给定速度转化成的四个车轮的转 动速度;Vx为给定的沿X方向的线速度;Vy为给定的沿y方向的线速度；O Z为给定的车轮绕Z 轴的旋转角速度;W为四轮轮距的二分之一;L为轴距的二分之一。6. -种基于CMAC和PID的全向移动机器人，其特征在于:包括全向移动底盘和位于全向 移动底盘上的六自由度机械手，全向移动底盘包括车架、位于车架底部四周的四个麦克纳 姆轮、麦克纳姆轮驱动装置和控制器，麦克纳姆轮驱动装置包括直流电机、主控制器和编码 器，其中，主控制器为CMAC和PID联合控制器，编码器能检测麦克纳姆轮转动的实际速度。7. 根据权利要求6所述的基于CMAC和PID的全向移动机器人，其特征在于:还包括遥控 终端。8. 根据权利要求7所述的基于CMAC和PID的全向移动机器人，其特征在于:所述遥控终 端为手机。9. 根据权利要求7所述的基于CMAC和PID的全向移动机器人，其特征在于:所述控制器 包括通过CAN总线进行通讯的主控制器和从控制器，其中，主控制器用于接收遥控终端发送 过来的控制指令，并协同控制四个麦克纳姆轮的转速和转向；从控制器用于控制六自由度 机械手的运动关节W实现物品的抓取、移位及释放。10.根据权利要求6或7所述的基于CMAC和PID的全向移动机器人，其特征在于:还包括 设置于车架下方的减震器。
【专利摘要】本发明公开了一种基于CMAC和PID的全向移动机器人及移动控制方法，全向移动机器人包括全向移动底盘、位于全向移动底盘上的六自由度机械手、遥控终端和电池组。移动控制方法包括步骤为：CMAC结构设计、给定速度分量输入、主控制器开始作用、车轮转速误差计算、CMAC和PID联合控制、车轮转速误差再次计算、CMAC和PID再次联合控制、并以及类推。采用上述结构和方法后，能克服以往控制算法无法兼顾精度、响应实时性和稳定性的缺陷，实现全方位移动机器人在环境不够理想、影响因素不完全确定等复杂条件下的实时高精度控制。尤其适合在狭小作业空间以及需要频繁转向和精确定位的环境内，完成指定物体的夹持、移位及搬运等功能。
【IPC分类】G05D1/02
【公开号】CN105652869
【申请号】
【发明人】唐炜, 刘勇, 王成龙, 胡海秀, 刘操, 顾金凤
【申请人】江苏科技大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月4日