本发明属于自动化控制技术领域，具体讲就是涉及一种智能四轮驱动送餐车的法控制方法。
背景技术：
随着自动化技术的发展，智能机器人在各种服务领域的应用开始引起广泛的关注，尤其在当前人口老龄化、劳动力短缺的背景下，在劳动密集型的餐饮行业采用机器人技术具有很大的市场需求，送餐机器人不仅是让就餐者体验先进的机器人技术，更重要的是可以替代服务员，解决餐饮行业服务员的缺口。
现有的送餐机器人多采用仿人外形，沿固定轨道实现送餐服务，这种送餐机器人的灵活性和智能型不高，实用性不强。中国专利201510973459.4公开了一种送餐机器人控制系统及其运动轨迹控制方法，它包括控制板，所述控制板通过串口与带有里程计算功能的电机驱动器连接，电机驱动器能够驱动机器人的左轮电机和右轮电机，所述控制板连接有超宽带定位系统、姿态传感器和红外和超声波模块；本发明具有精度高、稳定性好、性价比高的优点。其不需要铺设导航轨道，可以实现按预设的路径自主行走，当餐厅布局改变时，该方法不要施工，只需要在软件中修改预设轨迹即可工。该送餐机器人采用超宽带和里程计融合的定位技术送餐机器人，可以实现无轨送餐，灵活性有了很大提高，且不改变餐厅现有的装修。但这种仿人外形的送餐机器人载重量有限，运行稳定性不太好，对于同时需要送多个餐盘或者收盘等场合不太适用。
中国专利201610536696.9公开一种智能送餐车控制系统，控制系统包括控制功能组、驱动功能组、传感功能组、无线功能组、显示操作功能组；一种含有上述控制系统的智能送餐车，包括车身、底架，所述车身中间设有菜品放置区，车身的两侧各设有一个广告展示区，在车身的上方固定有人机控制台；在底架和车身的连接处安装有激光传感器和超声波传感器，在底架的下方安装有万向轮和驱动轮。该发明通过控制系统和智能送餐车的结合使用能够实现多点送餐和餐盘回收功能，大大提高了智能送餐车的应用效率，可以有效帮助餐饮企业降低人工成本，采用slam激光导航算法实现了无轨导航技术，智能送餐车的结构典雅大气，增加了餐饮企业的品味和层次，但是该中送餐车利用激光传感器和超声波传感器需要现在行进路线上设置路线标识增加了导航的复杂性，减小了导航系统的适应性。
技术实现要素：
本发明的目的就是针对上述现有的送餐机器人存在的运行不稳定在狭窄范围内需要多次变道行进或者需要增加导航标识的技术缺陷，提供一种智能四轮驱动送餐车及其控制方法,利用视觉导航算法与超宽带定位算法相结合来选定控制其行走送餐路线，遇到狭窄的直角弯或复杂路线时，直接通过自身的融合算法，餐车能够在0°到180°范围内实现“漂移”，实现送餐车的自动行进，高效完成送餐任务。
技术方案
为了实现上述技术目的，本发明设计的一种智能四轮驱动送餐车的控制方法，其特征在于，它包括以下几个步骤：
(1)根据餐厅布局确定各餐桌的位置坐标和餐车移动轨迹的坐标区间；
(2)根据操作人员选定的目标桌位确定目的坐标，然后根据目的坐标选定行走路径；
(3)启动程序后pid算法根据电位器角度值，调整运动姿态后开始运动。
(4)执行定位算法得到即时位置坐标。
(5)根据视觉成像判断是否有障碍物，若无障碍物，则进入下一步,若存在障碍物，则slam算法视差运算、立体匹配，进而判断障碍物两侧是否有通过的空间，若能通过，则回到上一步,若不能通过，则暂停运行并发出提示；
(6)判断位置坐标是否在预定轨迹范围内，如果在预定的轨迹范围运行，则保持此姿态继续行走，如果超出预定的轨迹范围，则调整运行姿态。
进一步，所述步骤(5)中发出提示的方法是选择pc控制，或者控制餐车上的控制按钮。
进一步，所述步骤(5)中遇避障绕行的具体方法是步进电机(13)通过轴承系统(12)使4个行走轮组(9)均向左或右转向90度，餐车行进至障碍物左侧(或右侧)的空间，餐车停止运行，步进电机(13)再通过轴承系统(12)恢复上述4个行走轮组(9)90度的转向，餐车绕过障碍物继续执行送餐任务。
进一步，所述步骤(4)中执行定位算法得到即时位置坐标的具体步骤包括：(1)启用程序后首先判断是否在起始范围内，判断后依次执行步骤(2)和步骤(3)；
(2)kinect摄像头采集的视频流，slam算法对图像的特征点提取和匹配，采用计算机视觉的sift的特征，在工控机上求解餐车相对姿态评估。
(3)三边定位，根据已知的三点位置坐标，计算餐车到三点的距离，再依据勾股定理计算餐车的位置信息。
(4)选定移动轨迹后，传感器实时检测餐车移动轨迹前方是否有障碍物，若存在障碍物餐车则停止运行，slam计算得到了一组匹配点后，计算两个图像间的转换关系，其模型如下：
其中，r为kinect摄像头的姿态，c为摄像头的标定矩阵，r是动态值，c是摄像头的固定值，xyz是kinect摄像头的坐标系。取六组数据匹配点来计算上述模型，从而计算两帧图像间的差别，计算餐车的位移，依次计算大量图像的上述信息，确定右前转角。
进一步，所述步骤(6)餐车车轮的转向与速度控制过程为：定义餐车前进方向的矢量速度为νin，餐车与前后轮中心线的夹角为αin，四个车轮的矢量速度分别为ν1、ν2、ν3和ν4，车轮与前后轮中心线的夹角分别为α1、α2、α3和α4；对餐车前进、左转、原地旋转三种运行情况做建模如下：
(1)当
v1＝v2＝v3＝v4＝vin
α1＝α2＝α3＝α4＝αin＝0°
餐车执行前进
(2)设定α1＝αin，v2＝vin；则：
α3＝-αin
ν4＝νin
餐车执行左转
(3)设定α1＝αin，则：
α3＝-α1＝-αin
ν1＝ν2＝ν3＝ν4＝νin
餐车执行原地旋转
其中，k为左右轮间距，l为前后轮间距，单位均为毫米。
进一步，所述步骤(1)中根据餐厅布局确定各餐桌的位置坐标和餐车移动轨迹的坐标区间，设置与餐车上移动节点对应的固定参考节点分别安放餐车工作的餐厅中。
有益效果
本发明提供的智能四轮驱动送餐车的控制方法，具有运行灵活、稳定，载重量大，定位精度高，实用性强的优点，其不仅有别于有轨或无轨的仿人外形送餐机器人稳定性差、一次性送餐量小、控制方式单一等缺陷，而且本发明设计的语音辅助系统，能够增强顾客的体验感、增加互动性。
附图说明
附图1是本发明中送餐车的产品图。
附图2是本发明中四轮驱动平台的结构示意图。
附图3是本发明中四轮驱动平台内部结构连接关系示意图。
附图4是本发明中送餐车转向控制速度关系示意图。
附图5是本发明中送餐车控制流程示意图。
附图6是本发明中算法流程示意图。
具体实施方案
下面结合附图和实施例，对本发明做详细说明。
实施例
如附图1～3所示，智能四轮驱动送餐车，它包括四轮驱动平台1，工控机2固定在四轮驱动平台1上方，工控机2上装有支撑架3，支撑架3上装有若干餐盘放置层4，其特征在于：支撑架3或餐盘放置层4外侧装有第一控制器5，摄像头6和若干麦克风7；
所述四轮驱动平台1包括车架101，电箱8装在车架101的底板上，车架101装在行走轮组9上，所述行走轮组9包括行走轮901，行走轮901连接执行驱动机构10，所述执行驱动机构10包括电机一10a，行走轮901装在电机一10a上，所述电机一10a为轮毂电机,行走轮901的转动轴连接减震器11的一端，减震器11的另一端通过轴承系统12与电机二13连接，所述电机二13为步进电机，电位器14装在轴承系统12上；电位器14用于测量转向角。
所述电箱8内装有驱动控制系统801和定位/导航系统802,驱动控制系统801为执行驱动机构10提供控制和驱动，所述定位/导航系统802通过执行驱动机构10控制行走轮901运行轨迹。所述驱动控制系统801包括第一支路801a，第二支路801b，第三支路801c和第四支路801d，第一支路801a，第二支路801b，第三支路801c和第四支路801d之间通过can总线801e通信，第二支路801b通过串口通信连接wifi板801f，具体地，所述第三支路801c包括主控板801c01，继电器801c02和电机一驱动器801c04，电机二13通过航空插头连接电箱8，直流无刷电机控制器801c03连接继电器801c02实现电机一10a的反转功能。所述定位/导航系统802包括超宽带定位系统802a,超宽带定位系统802a的固定参考节点分别安放在餐车工作空间的四个角，移动节点安放在轮式餐车上。
如附图4～6所示，上述的智能四轮驱动送餐车的控制方法，其特征在于，它包括以下几个步骤：
(1)根据餐厅布局确定各餐桌的位置坐标和餐车移动轨迹的坐标区间,设置与餐车上移动节点对应的固定参考节点分别安放餐车工作的餐厅中。
(2)根据操作人员选定的目标桌位确定目的坐标，然后根据目的坐标选定行走路径；
(3)启动程序后pid算法根据电位器角度值，调整运动姿态后开始运动。
(4)执行定位算法得到即时位置坐标。具体步骤包括：
(a)启用程序后首先判断是否在起始范围内，判断后依次执行步骤(b)和步骤(c)；
(b)kinect摄像头采集的视频流，slam算法对图像的特征点提取和匹配，采用计算机视觉的sift的特征，在工控机上求解餐车相对姿态评估。
(c)三边定位，根据已知的三点位置坐标，计算餐车到三点的距离，再依据勾股定理计算餐车的位置信息。
(d)选定移动轨迹后，传感器实时检测餐车移动轨迹前方是否有障碍物，若存在障碍物餐车则停止运行，slam计算得到了一组匹配点后，计算两个图像间的转换关系，其模型如下：
其中，r为kinect摄像头的姿态，c为摄像头的标定矩阵，r是动态值，c是摄像头的固定值，xyz是kinect摄像头的坐标系。取六组数据匹配点来计算上述模型，从而计算两帧图像间的差别，计算餐车的位移，依次计算大量图像的上述信息，确定右前转角。
(5)根据视觉成像判断是否有障碍物，若无障碍物，则进入下一步,若存在障碍物，则slam算法视差运算、立体匹配，进而判断障碍物两侧是否有通过的空间，若能通过，则回到上一步,若不能通过，则暂停运行并发出提示；发出提示的方法是选择pc控制，或者控制餐车上的控制按钮。其中，遇避障绕行的具体方法是步进电机13通过轴承系统12使4个行走轮组9均向左或右转向90度，餐车行进至障碍物左侧或右侧的空间，餐车停止运行，步进电机13再通过轴承系统12恢复上述4个行走轮组990度的转向，餐车绕过障碍物继续执行送餐任务。
(6)判断位置坐标是否在预定轨迹范围内，如果在预定的轨迹范围运行，则保持此姿态继续行走，如果超出预定的轨迹范围，则调整运行姿态。其中，餐车车轮的转向与速度控制过程为：定义餐车前进方向的矢量速度为νin，餐车与前后轮中心线的夹角为αin，四个车轮的矢量速度分别为ν1、ν2、ν3和ν4，车轮与前后轮中心线的夹角分别为α1、α2、α3和α4；对餐车前进、左转、原地旋转三种运行情况做建模如下：
(a)当
v1＝v2＝v3＝v4＝vin
α1＝α2＝α3＝α4＝αin＝0°
餐车执行前进
(b)设定α1＝αin，v2＝vin；则：
α3＝-αin
ν4＝νin
餐车执行左转
(c)设定α1＝αin，则：
α3＝-α1＝-αin
ν1＝ν2＝ν3＝ν4＝νin
餐车执行原地旋转
其中，k为左右轮间距，l为前后轮间距，单位均为毫米。