一種移動(dòng)機(jī)器人道路跟隨方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于跟隨方法,具體涉及一種移動(dòng)機(jī)器人道路跟隨方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 智能移動(dòng)機(jī)器人是一類能夠通過傳感器感知環(huán)境和自身狀態(tài),實(shí)現(xiàn)在有障礙物的 環(huán)境中面向目標(biāo)的自主導(dǎo)航運(yùn)動(dòng),從而完成預(yù)定任務(wù)的機(jī)器人系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主導(dǎo) 航運(yùn)動(dòng),必須要解決環(huán)境建模、實(shí)時(shí)定位、路徑規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)控制等一系列問題。
[0003] 其中,移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制根據(jù)控制目標(biāo)的不同,可W分為軌跡跟蹤、道路跟隨 和點(diǎn)鎮(zhèn)定Η類問題。道路跟隨問題是指在慣性坐標(biāo)系中,機(jī)器人從給定的初始狀態(tài)出發(fā),到 達(dá)并跟隨指定的幾何路徑。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷,提供一種移動(dòng)機(jī)器人道路跟隨方法。
[0005] 本發(fā)明是送樣實(shí)現(xiàn)的:一種移動(dòng)機(jī)器人道路跟隨方法,包括下述步驟:
[0006] 步驟一;期望路徑重構(gòu)
[0007] 將機(jī)器人的預(yù)期移動(dòng)路線重構(gòu),形成機(jī)器人的移動(dòng)路徑。
[000引步驟二:直線移動(dòng)
[0009] 控制機(jī)器人直線移動(dòng)。
[0010] 步驟Η ;轉(zhuǎn)彎
[0011] (1)航向控制
[0012] 通過控制機(jī)器人雙輪,達(dá)到控制航向的目的,其中Κρ是航向控制的比例系數(shù),Κι是 積分系數(shù);Ui、Uf是左右電機(jī)的控制輸入,所述的Κρ、Κι由外部給出,Ui、Uf由傳感器輸入,初 始時(shí)Ui = Uf = U。與設(shè)定的機(jī)器人初始速度成正比;航向誤差經(jīng)比例積分環(huán)節(jié)后得到兩個(gè) 電機(jī)控制調(diào)整量Δ U,Ui+ Δ U經(jīng)限幅得到左電機(jī)的控制輸入U(xiǎn)i,Uf- Δ U經(jīng)限幅得到右電機(jī)的
控制輸入U(xiǎn)f ; 分別為左右電機(jī)的傳遞函數(shù),由外部給出;左右 .、
電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速《1、ω,經(jīng)作差并乘系數(shù)K得到車體航向Head, K可通過標(biāo)定獲得,
[0013] (2)轉(zhuǎn)彎半徑控制
[0014] 雙輪差動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)彎半徑R的大小可W表示為:
[0015]
[001引其中,W為左右驅(qū)動(dòng)車輪之間的距離,Δ山、Δ屯分別為采樣時(shí)間內(nèi)左右車輪位移 增量。從上式可W看出,保持左右車輪轉(zhuǎn)速的比例固定,可W控制機(jī)器人轉(zhuǎn)彎半徑。機(jī)器人 左轉(zhuǎn)時(shí),其中0<Ky= 根據(jù)與Ky· ?1之差對(duì)右電機(jī)控制量進(jìn)行調(diào)整,從而保 證左右電機(jī)轉(zhuǎn)速成比例。
[0017] 如上所述的一種移動(dòng)機(jī)器人道路跟隨方法,其中,機(jī)器人的移動(dòng)路徑只包括直線 移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0018] 本發(fā)明的顯著效果是:在已知環(huán)境導(dǎo)航任務(wù)中,通過全局路徑規(guī)劃可W確定機(jī)器 人期望的移動(dòng)路徑;在未知環(huán)境中,移動(dòng)機(jī)器人通過傳感器獲取環(huán)境信息建立環(huán)境模型,基 于環(huán)境模型進(jìn)行路徑規(guī)劃,確定期望的移動(dòng)路徑?;诼窂揭?guī)劃得到的期望軌跡往往是一 系列折線,移動(dòng)機(jī)器人需要在折點(diǎn)處進(jìn)行原地轉(zhuǎn)彎換向,送就使得機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過程不連 貫,且有的機(jī)器人難W實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。為了使移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)保持連貫性,提出了一種道 路跟隨算法,通過重新構(gòu)造期望道路,使機(jī)器人按照固定的轉(zhuǎn)彎半徑在行進(jìn)中轉(zhuǎn)彎,并基本 保持期望的軌跡移動(dòng)。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 一種移動(dòng)機(jī)器人道路跟隨方法,包括下述步驟:
[0020] 步驟一;期望路徑重構(gòu)
[0021] 將機(jī)器人的預(yù)期移動(dòng)路線重構(gòu),形成機(jī)器人的移動(dòng)路徑。
[0022] 目前機(jī)器人的路徑為平面移動(dòng),即只包括直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng),因此在本步驟中將路 徑重構(gòu)直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng),其中直線移動(dòng)是控制機(jī)器人直接移動(dòng),轉(zhuǎn)彎時(shí)航向控制和轉(zhuǎn)彎半 徑控制共同作用實(shí)現(xiàn)的。
[0023] 由于機(jī)器人預(yù)期移動(dòng)路線是預(yù)先設(shè)定好的,因此本步驟重構(gòu)后可W得到直線移動(dòng) 距離和轉(zhuǎn)動(dòng)角度等數(shù)據(jù)。根據(jù)機(jī)器人行進(jìn)過程不同,選擇直線移動(dòng)或轉(zhuǎn)彎。
[0024] 步驟二:直線移動(dòng)
[00巧]按照傳統(tǒng)技術(shù)控制機(jī)器人直線移動(dòng)。
[0026] 步驟Η ;轉(zhuǎn)彎
[0027] (1)航向控制
[0028] 移動(dòng)機(jī)器人采用雙輪差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式,左右電機(jī)差速造成機(jī)器人航向的變化,機(jī)器 人航向相對(duì)目標(biāo)航向的偏差經(jīng)ΡΙ控制器對(duì)左右電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整,從而控制機(jī)器人航 向保持目標(biāo)航向。其中Κρ是航向控制的比例系數(shù),Κι是積分系數(shù);Ui、Uf是左右電機(jī)的控制 輸入,所述的Κρ、Κι由外部給出,Ui、Uf由傳感器輸入,初始時(shí)Ui = Uf = U。與設(shè)定的機(jī)器人 初始速度成正比;航向誤差經(jīng)比例積分環(huán)節(jié)后得到兩個(gè)電機(jī)控制調(diào)整量Au,Ui+Au經(jīng)限幅 得到左電機(jī)的控制輸入U(xiǎn)i,Uf-Au經(jīng)限幅得到右電機(jī)的控制輸入U(xiǎn)t
分別為 左右電機(jī)的傳遞函數(shù),
自外部給出;左右電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速《1、ω,經(jīng)作差并 乘系數(shù)Κ得到車體航向Head, Κ可通過標(biāo)定獲得。
[0029] (2)轉(zhuǎn)彎半徑控制
[0030] 雙輪差動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)彎半徑R的大小可W表示為:
[0031]
[0032] 其中,W為左右驅(qū)動(dòng)車輪之間的距離,Adi、Δ屯分別為采樣時(shí)間內(nèi)左右車輪位移 增量。從上式可w看出,保持左右車輪轉(zhuǎn)速的比例固定,可w控制機(jī)器人轉(zhuǎn)彎半徑。機(jī)器人 左轉(zhuǎn)時(shí),其中0<Ky= 根據(jù)與Ky· ?1之差對(duì)右電機(jī)控制量進(jìn)行調(diào)整,從而保 證左右電機(jī)轉(zhuǎn)速成比例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種移動(dòng)機(jī)器人道路跟隨方法,其特征在于,包括下述步驟: 步驟一;期望路徑重構(gòu) 將機(jī)器人的預(yù)期移動(dòng)路線重構(gòu),形成機(jī)器人的移動(dòng)路徑。 步驟二:直線移動(dòng) 控制機(jī)器人直線移動(dòng)。 步驟Η ;轉(zhuǎn)彎 (1) 航向控制 通過控制機(jī)器人雙輪,達(dá)到控制航向的目的,其中Κρ是航向控制的比例系數(shù),Κι是積分 系數(shù);Ui、Uf是左右電機(jī)的控制輸入,所述的Κρ、Κι由外部給出,Ui、Uf由傳感器輸入,初始時(shí) Ui = Uf = U。與設(shè)定的機(jī)器人初始速度成正比;航向誤差經(jīng)比例積分環(huán)節(jié)后得到兩個(gè)電機(jī)控 制調(diào)整量Δ U,ui+ Δ U經(jīng)限幅得到左電機(jī)的控制輸入U(xiǎn)i,Δ U經(jīng)限幅得到右電機(jī)的控制輸 入U(xiǎn)f分別為左右電機(jī)的傳遞函數(shù),由外部給出;左右電機(jī)輸 出的轉(zhuǎn)速《1、ω,經(jīng)作差并乘系數(shù)K得到車體航向Head, K可通過標(biāo)定獲得, (2) 轉(zhuǎn)彎半徑控制 雙輪差動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)彎半徑R的大小可W表示為:其中,W為左右驅(qū)動(dòng)車輪之間的距離,Adi、Δ屯分別為采樣時(shí)間內(nèi)左右車輪位移增量。 從上式可W看出,保持左右車輪轉(zhuǎn)速的比例固定,可W控制機(jī)器人轉(zhuǎn)彎半徑。機(jī)器人左轉(zhuǎn) 時(shí),其中0<Ky= 根據(jù)與Ky· ?1之差對(duì)右電機(jī)控制量進(jìn)行調(diào)整,從而保證左 右電機(jī)轉(zhuǎn)速成比例。2. 如權(quán)利要求1所述的一種移動(dòng)機(jī)器人道路跟隨方法,其特征在于:機(jī)器人的移動(dòng)路 徑只包括直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。
【專利摘要】本發(fā)明屬于跟隨方法,具體涉及一種移動(dòng)機(jī)器人道路跟隨方法。一種移動(dòng)機(jī)器人道路跟隨方法,包括下述步驟:步驟一:期望路徑重構(gòu),將機(jī)器人的預(yù)期移動(dòng)路線重構(gòu),形成機(jī)器人的移動(dòng)路徑。步驟二:直線移動(dòng),按照傳統(tǒng)技術(shù)控制機(jī)器人直線移動(dòng)。步驟三:轉(zhuǎn)彎,(1)航向控制,(2)轉(zhuǎn)彎半徑控制。本發(fā)明的顯著效果是:通過重新構(gòu)造期望道路,使機(jī)器人按照固定的轉(zhuǎn)彎半徑在行進(jìn)中轉(zhuǎn)彎,并基本保持期望的軌跡移動(dòng)。
【IPC分類】B25J5/00, B25J9/16
【公開號(hào)】CN105563449
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410539736
【發(fā)明人】王芳, 呂博, 呂翀, 季冉明
【申請(qǐng)人】北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2014年10月13日