一种移动机器人道路跟随方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于跟随方法，具体涉及一种移动机器人道路跟随方法。
【背景技术】
[0002] 智能移动机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的 环境中面向目标的自主导航运动，从而完成预定任务的机器人系统。要实现机器人自主导 航运动，必须要解决环境建模、实时定位、路径规划、运动控制等一系列问题。
[0003] 其中，移动机器人的运动控制根据控制目标的不同，可W分为轨迹跟踪、道路跟随 和点镇定Η类问题。道路跟随问题是指在惯性坐标系中，机器人从给定的初始状态出发，到 达并跟随指定的几何路径。
【发明内容】
[0004] 本发明针对传统技术的缺陷，提供一种移动机器人道路跟随方法。
[0005] 本发明是送样实现的：一种移动机器人道路跟随方法，包括下述步骤：
[0006] 步骤一；期望路径重构
[0007] 将机器人的预期移动路线重构，形成机器人的移动路径。
[000引步骤二：直线移动
[0009] 控制机器人直线移动。
[0010] 步骤Η ;转弯
[0011] (1)航向控制
[0012] 通过控制机器人双轮，达到控制航向的目的，其中Κρ是航向控制的比例系数，Κι是 积分系数；Ui、Uf是左右电机的控制输入，所述的Κρ、Κι由外部给出，Ui、Uf由传感器输入，初 始时Ui = Uf = U。与设定的机器人初始速度成正比；航向误差经比例积分环节后得到两个 电机控制调整量Δ U，Ui+ Δ U经限幅得到左电机的控制输入Ui，Uf- Δ U经限幅得到右电机的
控制输入Uf ; 分别为左右电机的传递函数，由外部给出；左右 .、
电机输出的转速《1、ω,经作差并乘系数K得到车体航向Head, K可通过标定获得，
[0013] (2)转弯半径控制
[0014] 双轮差动机器人转弯半径R的大小可W表示为：
[0015]
[001引其中，W为左右驱动车轮之间的距离，Δ山、Δ屯分别为采样时间内左右车轮位移 增量。从上式可W看出，保持左右车轮转速的比例固定，可W控制机器人转弯半径。机器人 左转时，其中0<Ky= 根据与Ky· ?1之差对右电机控制量进行调整，从而保 证左右电机转速成比例。
[0017] 如上所述的一种移动机器人道路跟随方法，其中，机器人的移动路径只包括直线 移动和转动。
[0018] 本发明的显著效果是：在已知环境导航任务中，通过全局路径规划可W确定机器 人期望的移动路径；在未知环境中，移动机器人通过传感器获取环境信息建立环境模型，基 于环境模型进行路径规划，确定期望的移动路径。基于路径规划得到的期望轨迹往往是一 系列折线，移动机器人需要在折点处进行原地转弯换向，送就使得机器人的运动过程不连 贯，且有的机器人难W实现原地转向。为了使移动机器人的运动保持连贯性，提出了一种道 路跟随算法，通过重新构造期望道路，使机器人按照固定的转弯半径在行进中转弯，并基本 保持期望的轨迹移动。
【具体实施方式】
[0019] 一种移动机器人道路跟随方法，包括下述步骤：
[0020] 步骤一；期望路径重构
[0021] 将机器人的预期移动路线重构，形成机器人的移动路径。
[0022] 目前机器人的路径为平面移动，即只包括直线移动和转动，因此在本步骤中将路 径重构直线移动和转动，其中直线移动是控制机器人直接移动，转弯时航向控制和转弯半 径控制共同作用实现的。
[0023] 由于机器人预期移动路线是预先设定好的，因此本步骤重构后可W得到直线移动 距离和转动角度等数据。根据机器人行进过程不同，选择直线移动或转弯。
[0024] 步骤二：直线移动
[00巧]按照传统技术控制机器人直线移动。
[0026] 步骤Η ;转弯
[0027] (1)航向控制
[0028] 移动机器人采用双轮差动驱动方式，左右电机差速造成机器人航向的变化，机器 人航向相对目标航向的偏差经ΡΙ控制器对左右电机的转速进行调整，从而控制机器人航 向保持目标航向。其中Κρ是航向控制的比例系数，Κι是积分系数；Ui、Uf是左右电机的控制 输入，所述的Κρ、Κι由外部给出，Ui、Uf由传感器输入，初始时Ui = Uf = U。与设定的机器人 初始速度成正比；航向误差经比例积分环节后得到两个电机控制调整量Au，Ui+Au经限幅 得到左电机的控制输入Ui，Uf-Au经限幅得到右电机的控制输入Ut
分别为 左右电机的传递函数，
自外部给出；左右电机输出的转速《1、ω,经作差并 乘系数Κ得到车体航向Head, Κ可通过标定获得。
[0029] (2)转弯半径控制
[0030] 双轮差动机器人转弯半径R的大小可W表示为：
[0031]
[0032] 其中，W为左右驱动车轮之间的距离，Adi、Δ屯分别为采样时间内左右车轮位移 增量。从上式可w看出，保持左右车轮转速的比例固定，可w控制机器人转弯半径。机器人 左转时，其中0<Ky= 根据与Ky· ?1之差对右电机控制量进行调整，从而保 证左右电机转速成比例。
【主权项】
1. 一种移动机器人道路跟随方法，其特征在于，包括下述步骤： 步骤一；期望路径重构 将机器人的预期移动路线重构，形成机器人的移动路径。 步骤二：直线移动 控制机器人直线移动。 步骤Η ;转弯 (1) 航向控制 通过控制机器人双轮，达到控制航向的目的，其中Κρ是航向控制的比例系数，Κι是积分 系数；Ui、Uf是左右电机的控制输入，所述的Κρ、Κι由外部给出，Ui、Uf由传感器输入，初始时 Ui = Uf = U。与设定的机器人初始速度成正比；航向误差经比例积分环节后得到两个电机控 制调整量Δ U，ui+ Δ U经限幅得到左电机的控制输入Ui，Δ U经限幅得到右电机的控制输 入Uf分别为左右电机的传递函数，由外部给出；左右电机输 出的转速《1、ω,经作差并乘系数K得到车体航向Head, K可通过标定获得， (2) 转弯半径控制 双轮差动机器人转弯半径R的大小可W表示为：其中，W为左右驱动车轮之间的距离，Adi、Δ屯分别为采样时间内左右车轮位移增量。 从上式可W看出，保持左右车轮转速的比例固定，可W控制机器人转弯半径。机器人左转 时，其中0<Ky= 根据与Ky· ?1之差对右电机控制量进行调整，从而保证左 右电机转速成比例。2. 如权利要求1所述的一种移动机器人道路跟随方法，其特征在于：机器人的移动路 径只包括直线移动和转动。
【专利摘要】本发明属于跟随方法，具体涉及一种移动机器人道路跟随方法。一种移动机器人道路跟随方法，包括下述步骤：步骤一：期望路径重构，将机器人的预期移动路线重构，形成机器人的移动路径。步骤二：直线移动，按照传统技术控制机器人直线移动。步骤三：转弯，(1)航向控制，(2)转弯半径控制。本发明的显著效果是：通过重新构造期望道路，使机器人按照固定的转弯半径在行进中转弯，并基本保持期望的轨迹移动。
【IPC分类】B25J5/00, B25J9/16
【公开号】CN105563449
【申请号】CN201410539736
【发明人】王芳, 吕博, 吕翀, 季冉明
【申请人】北京自动化控制设备研究所
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2014年10月13日