一种非时间参考的差速驱动机器人路线跟踪控制方法_3

文档序号:9718563阅读:来源:国知局
>[0049]公式(1)中,^为机器人控制器计算出的左驱动轮行驶速度指令,Vr为控制器计算 出的右驱动轮行驶速度指令;V。为使用者预先设定的该机器人〇点的行驶速度,〇点为机器 人的左驱动轮与右驱动轮的轮心连线中点;D为机器人的左驱动轮与右驱动轮的轮心距离; X为机器人的〇点在当前坐标系X轴的坐标;y为机器人的〇点在当前坐标系Y轴上的坐标;Θ是 机器人方位角,为沿逆时针方向上,机器人所在的当前坐标系X轴到机器人行驶方向的夹 角;记P点为〇点沿当前坐标系Y轴方向在当前目标路线上的投影;yr是P点在当前坐标系Y轴 上的坐标;9 r是当前目标路线在P点处的切线沿顺时针方向到当前坐标系X轴的夹角;Pr为当 前目标路线在P点处的曲率;ki为距离偏差增益,ki>0,k 2为方位角偏差增益,k2>0;
[0050]本实施例步骤3)中,机器人控制器与外界路线检测系统和机器人定位系统实时通 信,实时获取当前目标路线信息及机器人位置和方位角信息,并采用公式(1)计算驱动轮的 行驶速度,并将速度指令信息发送给车轮驱动电机,驱动电机执行接收到的速度指令。
[0051 ]当当前目标路线在当前坐标系X轴的坐标值单调递增时,路线跟踪如图7所示。图7 中:〇点为机器人72左驱动轮73与右驱动轮74的轮心连线中点;x、yS〇点分别在当前坐标系 71的X轴坐标和Y轴坐标;Θ是机器人方位角,为沿逆时针方向上,当前坐标系71的X轴到机器 人72行驶方向的夹角;曲线78为当前目标路线,A点为当前目标路线78的起点,B点为当前目 标路线78的终点;P点79为〇点沿当前坐标系71Y轴方向在当前目标路线78上的投影; Xr、yr分 别为P点79在当前坐标系71中的X轴坐标、Y轴坐标;0r为当前目标路线78在P点79的处切线 沿顺时针方向到当前坐标系71X轴的夹角;P r为当前目标路线78在P点79处的曲率。
[0052]公式(1)中,Vi为控制器77计算出的左驱动轮73行驶速度,控制器77将该速度指令 发送给驱动电机75,驱动电机75执行该速度指令;Vr为控制器77计算出的右驱动轮74行驶 速度,控制器77将该速度指令发送给驱动电机76,驱动电机76执行该速度指令;V。为使用者 设定的机器人72的行驶速度,即机器人72的〇点运动速度,〇点为机器人72左驱动轮73与右 驱动轮74的轮心连线中心;D为机器人72的左驱动轮73与右驱动轮74的轮心距离;X为机器 人72的〇点在当前坐标系71X轴的坐标;y为机器人72的〇点在当前坐标系71Y轴上的坐标;Θ 是机器人方位角,为逆时针方向上,机器人72所在的当前坐标系71X轴到机器人72行驶方向 的夹角;P点79为〇点沿当前坐标系71Y轴方向在当前目标路线78上的投影;y r为P点79在当 前坐标系Y轴上的坐标;0r*当前目标路线78在P点79处的切线沿顺时针方向到当前坐标系 71X轴的夹角;Pr为当前目标路线78在P点79处的曲率;Iu为距离偏差增益,lu>0,根据经验 建议Iu的取值范围为[0.1,30]; k2为方位角偏差增益,k2>0,根据经验建议k2的取值范围为 [0.1,50] 〇
[0053] 4)实时获取目标路线信息及机器人位置和方位角信息,采用非时间参考的差速驱 动机器人路线跟踪驱动轮行驶速度计算方法(如公式(2)所示),得到的速度指令控制机器 人速度,当机器人到达当前目标路线终点,则进入步骤5);
[0055]公式(2)中,^为机器人控制器计算出的左驱动轮行驶速度指令;Vr为控制器计算 出的右驱动轮行驶速度指令;V。为使用者预先设定的该机器人〇点的行驶速度,〇点为机器 人的左驱动轮与右驱动轮的轮心连线中点;D为机器人左驱动轮与右驱动轮轮心距离;X为 机器人〇点在当前坐标系X轴上的坐标;y为机器人〇点在当前坐标系Y轴上的坐标;Θ是机器 人方位角,为沿逆时针方向上,机器人所在的当前坐标系X轴到机器人行驶方向的夹角;记P 点为〇点沿当前坐标系Y轴方向在当前目标路线上的投影;yr为P点在当前坐标系Y轴上的坐 标;Qr为当前目标路线在p点处的切线与当前坐标系X轴的夹角;pr为当前目标路线在p点处 的曲率;k3为距离偏差增益,k3>0,k4为方位角偏差增益,k4>0。
[0056]本实施例中步骤4)中,机器人控制器与外界路线检测系统和机器人定位系统实时 通信,实时获取当前目标路线信息及机器人位置和方位角信息,并采用公式(2)计算驱动轮 的运动速度,并将速度指令信息发送给车轮驱动电机,驱动电机执行接收到的速度指令。 [0057]当当前目标路线在当前局部坐标系X轴的坐标值单调递减时,路线跟踪示意图如 图8所示。图8中:〇点为机器人82的左驱动轮83与右驱动轮84轮心连线中点;x、yS〇点分别 在当前坐标系81中的X轴坐标、Y轴坐标;Θ是机器人方位角,为沿逆时针方向,当前坐标系81 的X轴到机器人82行驶方向的夹角;曲线88为当前目标路线,A点为当前目标路线88的起点, B点为当前目标路线88的终点;P点为〇点沿当前坐标系81Y轴方向在当前目标路线88上的投 影;xr为P点89在当前坐标系81中的X轴坐标;y r为P点89在当前坐标系81中的Y轴坐标;0r为 当前目标路线88在P点89处的切线沿顺时针方向到当前坐标系81X轴夹角;P r为当前目标路 线88在P点89处的曲率。
[0058]公式(2)中,^为控制器87计算出的机器人82的左驱动轮83行驶速度,控制器87将 该速度指令发送至驱动电机85,由驱动电机85执行该速度指令;vr为控制器87计算出的右 驱动轮84行驶速度,控制器87将该速度指令发送至驱动电机86,驱动电机86执行该速度指 令;v。为使用者设定的机器人82行驶速度,即机器人82〇点的行驶速度,〇点为机器人82左驱 动轮83与右驱动轮84轮心连线中点;D为机器人82左驱动轮83与右驱动轮84轮心距离;X为 机器人82的〇点在X轴81上的坐标;y为机器人82的〇点在当前坐标系81Y轴上的坐标;Θ是机 器人82方位角,为逆时针方向上,机器人82所在的当前坐标系81X轴到机器人82行驶方向的 夹角;P点为〇点沿当前坐标系81Y轴方向在当前目标路线88上的投影;y r为图8所示P点89在 当前坐标系81Y轴上的坐标;0r为图8所示当前目标路线88在P点89处的切线与当前坐标系 81X轴的夹角;Pr为当前目标路线88在P点89处的曲率;k 3为距离偏差增益,k3>0,根据经验 建议k3的取值范围为[0.1,30]; k4为方位角偏差增益,k4>0,根据经验建议k4的取值范围为 [0.1,50]〇
[0059] 5)若机器人达到全局路线终点,转步骤7),否则,进入步骤6);
[0060] 6)进入下一个局部坐标系,转步骤2);
[0061 ] 7)路线跟踪控制结束。
[0062] 上述方法同样可用于三轮、四轮、六轮机器人路线跟踪控制。用于如图1所示三轮 机器人时,控制器17只需采用上述方法计算驱动轮12和驱动轮13的行驶速度,并将速度指 令分别发送给驱动轮12的驱动电机14和驱动轮13的驱动电机15,驱动电机14与驱动电机15 执行接收到的速度指令,完成该三轮机器人的路线跟踪任务,对万向轮18不做任何控制。用 于如图2所示的四轮机器人,控制器27只需采用上述方法计算驱动轮22和驱动轮23的行驶 速度,并将速度指令分别发送给驱动轮22的驱动电机24和驱动轮23的驱动电机25,驱动电 机24与驱动电机25执行接收到的速度指令,完成该四轮机器人的路线跟踪任务,对万向轮 281、万向轮282不做任何控制。用于如图3中所示的六轮机器人,控制器37只需采用上述流 程计算驱动轮32和驱动轮33的行驶速度,并将速度指令分别发给驱动轮32的驱动电机34和 驱动轮33的驱动电机35,驱动电机34和驱动电机35执行接收的
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