一種基于預瞄的無人全地形車的控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及全地形車領域，具體地說是一種基于預瞄的無人全地形車的控制方法。
技術背景
[0002]隨著全地形車技術的不斷發(fā)展和完善，全地形車在資源勘探、叢林搜救、沙灘追捕、工程探險、軍事偵察、災難搜救等領域將會得到廣泛應用。全地形車輪腿行走機構的控制方法直接影響行駛速度、通過性和舒適性。在沒有預瞄的幫助下，處在惡劣環(huán)境中工作時，不能提前發(fā)現(xiàn)障礙、分析障礙、找到最佳通過障礙路徑或方法，不能提前改變車速、行駛方向以及調節(jié)減振器的軟硬。因此，在面臨障礙時往往是強行通過，導致費時費力還不能更好的發(fā)揮無人全地形車輪腿行走系統(tǒng)的優(yōu)勢。
[0003]目前的全地形車缺少帶有預瞄功能的控制方法，不能適應無人全地形車在復雜地貌進行作業(yè)的要求。如資源勘探等。為了提高在資源勘探等復雜環(huán)境中的工作效率，設計一種更能適合在復雜地貌進行工作的無人全地形車輪腿行走系統(tǒng)及其控制方法，顯得十分重要。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于預瞄的無人全地形車的控制方法，該全地形車可以提前作出通過障礙的策略和準備，節(jié)省通過障礙的時間，提高效率，減少振動，平順性好。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，該無人全地形車包括控制系統(tǒng)和無人全地形車輪腿行走系統(tǒng)兩個主要部分；
[0006]所述控制系統(tǒng)包括:
[0007]用來探測行駛環(huán)境的探測模塊、
[0008]用來分析探測結果的分析模塊、
[0009]用來根據分析結果制定最佳通過障礙策略的預瞄模塊、
[0010]用來根據最佳策略進行執(zhí)行的執(zhí)行模塊；
[0011]所述無人全地形車輪腿行走系統(tǒng)包括:
[0012]用來控制行駛方向的轉向機構1、
[0013]用來緩沖和衰減地面激勵的主減振機構I1、
[0014]用來輔助緩沖和衰減地面激勵的輔助減振機構II1、
[0015]用來控制行駛速度和方向(前進、倒退)的行走機構IV。
[0016]所述轉向機構I由轉向擺臂、轉向擺臂輸入軸、轉向擺臂輸出軸以及轉向驅動裝置構成，其中驅動裝置安裝在全地形車地盤上、并與轉向擺臂輸入軸連接，轉向擺臂輸入軸安裝在轉向擺臂上、并與全地形車底盤連接，轉向擺臂輸出軸安裝在轉向擺臂上、并與大腿連接，轉向擺臂相對于全地形車底盤的轉角由轉向驅動裝置控制；
[0017]所述主減振機構II由大腿、擺腿驅動裝置、小腿、減振器擺臂、減振器鎖止裝置和減振器二(包括彈性元件和阻尼元件)構成，其中大腿一端與轉向擺臂輸出軸連接、另一端與小腿連接，轉向驅動裝置安裝在大腿上、并與小腿連接，減振器二一端與大腿通過銷六連接在一起、另一端與減振器擺臂通過銷二連接在一起，減振器擺臂與小腿通過銷一連接在一起，減振器鎖止裝置安裝在小腿上，減振器擺臂是否處于鎖止狀態(tài)(也就是減振器擺臂是否可以相對于小腿擺動)由減振器鎖止裝置控制，當減振器擺臂處于鎖止狀態(tài)時，小腿相對于大腿的擺角由減振器二的阻尼特性和彈性元件剛度控制，當減振器擺臂不處于鎖止狀態(tài)時，小腿相對于大腿的擺角由擺腿驅動裝置控制；
[0018]所述輔助減振機構III由小腿、減振三角架、減振器一(包括彈性元件和阻尼元件)和驅動輪支架二構成，其中減振三角架與小腿通過銷五連接在一起、一端與驅動輪支架一通過銷三連接在一起、另一端與減振器一連接，所述減振器一另一端與驅動輪支架二連接，輔助減振機構III的減振效果由減振器一阻尼特性控制；
[0019]所述行走機構IV由驅動輪輪胎、驅動輪支架一、輪轂電機以及驅動輪支架二構成，其中驅動輪輪胎安裝在輪轂電機上組成驅動輪，輪轂電機與驅動輪支架一和驅動輪支架二通過驅動輪軸連接在一起，驅動輪支架二與小腿通過銷四連接在一起，驅動輪的正傳、反轉以及轉速都由輪轂電機控制。
[0020]該無人全地形車的控制方法包括以下步驟:
[0021]第一步，行駛環(huán)境探測，通過控制系統(tǒng)中的探測模塊探測無人全地形車的行駛環(huán)境，探測以全地形車為圓心，方圓一千米范圍內的行駛環(huán)境，提前發(fā)現(xiàn)障礙，得到障礙的高度(深度)、大小、方位、距離以及形狀等信息。
[0022]第二步，探測結果分析，根據探測模塊探測的結果采用用來分析探測結果的分析模塊，首先判斷是否有障礙，如果沒有障礙，分析模塊發(fā)出行駛環(huán)境正常的指令，無人全地形車正常行駛，否則分析模塊發(fā)出發(fā)現(xiàn)障礙的指令，分析模塊繼續(xù)分析；然后分析模塊判斷發(fā)現(xiàn)的障礙是否需要避開，對于需要避開的障礙，分析模塊根據需要轉彎角度大小把需要避開的障礙分為兩種，一種是需要大角度轉彎的障礙，分析模塊發(fā)出通過這種障礙需要差速輔助轉向的指令，另一種是需要小角度轉彎的障礙，分析模塊發(fā)出通過這種障礙不需要差速輔助轉向的指令，對于不需要避開的障礙，分析模塊根據障礙坡度的大小把不需要避開的障礙分為兩種，一種是像壕溝、巖石、臺階等陡坡地形的障礙，分析模塊發(fā)出通過這種障礙需要擺腿的指令，另一種是像石子、土堆、減速帶等緩坡地形的障礙，分析模塊發(fā)出通過這種障礙不需要擺腿指令，同時還發(fā)出需要改變減振器的阻尼特性的指令。
[0023]第三步，制定越障策略，通過分析結果制定最佳通過障礙策略，根據分析模塊發(fā)出的不同指令，作出通過相應障礙的預瞄行為，制定出最佳通過相應障礙的策略，針對分析模塊發(fā)出通過這種障礙需要差速輔助轉向的指令，預瞄模塊作出通過相應障礙的預瞄行為，然后制定出距離障礙多遠處開始轉彎、轉彎角度是多少、轉彎角速度是多少，如何根據需要進行差速輔助轉向等策略；針對分析模塊發(fā)出通過這種障礙不需要差速輔助轉向的指令，預瞄模塊作出通過相應障礙的預瞄行為，然后制定出距離障礙多遠處開始轉彎、轉彎角度是多少，轉彎角速度是多少等策略；針對分析模塊發(fā)出的通過這種障礙需要擺腿的指令，預瞄模塊作出通過相應障礙的預瞄行為，然后制定出距離障礙多遠處開始擺腿、擺腿速度是多少、最終擺腿高度是多少等策略；針對分析模塊發(fā)出通過這種障礙不需要擺腿指令，同時還發(fā)出需要改變減振器的阻尼特性的指令，預瞄模塊作出通過相應障礙的預瞄行為，然后制定出距離障礙多遠處開始改變減振器一和減振器二的阻尼特性、減振器一和減振器二阻尼應該改變多少等策略。
[0024]第四步，按照策略執(zhí)行，通過執(zhí)行模塊根據預瞄模塊制定出的最佳策略執(zhí)行通過相應障礙；所述執(zhí)行模塊包括速度控制器、轉向控制器、阻尼控制器和擺腿控制器四個控制器，還包括輪轂電機、轉向驅動裝置、減振器(包括減振器一和減振器二 )、擺腿驅動裝置四個執(zhí)行結構。速度控制器控制輪轂電機，轉向控制器控制轉向驅動裝置，阻尼控制器控制減振器(包括減振器一和減振器二)，擺腿控制器控制擺腿驅動裝置；針對分析模塊發(fā)出通過這種障礙需要差速輔助轉向的指令，根據預瞄模塊作出的相應最佳越障策略，執(zhí)行模塊執(zhí)行如下:由轉向控制器控制轉向驅動裝置，轉向驅動裝置控制轉向擺臂的旋轉方向、角度和轉動角速度，根據需要速度控制器控制輪轂電機的轉速進行差速輔助轉向，進而實現(xiàn)轉向通過障礙；針對分析模塊發(fā)出通過這種障礙不需要差速輔助轉向的指令，根據預瞄模塊作出的相應最佳越障策略，執(zhí)行模塊執(zhí)行如下:由轉向控制器控制轉向驅動裝置，轉向驅動裝置控制轉向擺臂的旋轉方向、角度和轉動角速度，進而實現(xiàn)轉向通過障礙；針對分析模塊發(fā)出的通過這種障礙需要擺腿的指令，根據預瞄模塊作出的相應最佳越障策略，執(zhí)行模塊執(zhí)行如下:由擺腿控制器控制擺腿驅動裝置，擺腿驅動裝置控制小腿相對于大腿的擺動速度和需要的擺角，同時還需要減振器鎖止裝置控制減振器擺臂使其處于不鎖止狀態(tài)，另外由速度控制器控制輪轂電機的轉速適當的減速，進而實現(xiàn)擺腿通過障礙；針對分析模塊發(fā)出通過這種障礙不需要擺腿指令，根據預瞄模塊作出的相應最佳越障策略，執(zhí)行模塊執(zhí)行如下:由阻尼控制器控制減振器(包括減振器一和減振器二)的阻尼特性，另外由速度控制器控制輪轂電機的轉速適當的減速，進而實現(xiàn)調節(jié)減振器阻尼特性通過障礙。
[0025]本發(fā)明具有以下優(yōu)點和積極效果:
[0026](1)、由于提前發(fā)現(xiàn)行駛障礙，無人全地形車可以提前作出通過障礙的策略和準備，節(jié)省通過障礙的時間，提高效率，減少振動，提高無人全地形車的平順性。
[0027](2)、當遇到石子、土堆、減速帶等緩坡障礙時，通過預瞄模塊就可以提前調節(jié)減振器的阻尼，最大程度緩沖和衰減地面激勵帶來的振動，可以避免緊急制動，也可以以較快的速度通過障礙，節(jié)省時間，提高效率。
[0028](3)、當遇到巖石、壕溝、臺階等陡坡障礙時，通過預瞄模塊就可以提前知道需要擺腿的高度，提前擺腿，可以避免緊急制動和停下來之后再擺腿，還可以避免全地形車在通過該障礙過程中車身產生較大的起伏，擺腿完全可以在行走的過程中完成，節(jié)省時間，提高效率。
[0029](4)、當遇到需要繞行的障礙時，通過預瞄模塊可以提