一种基于扩展阿克曼算法的四驱机器人自动转向方法与流程

本发明涉及机器人智能技术领域，具体的说是一种基于扩展阿克曼算法的四驱机器人自动转向方法。

背景技术：

目前，四驱机器人移动平台的出现，减少了工业领域方面的劳动力，提高了工作效率，给人们带来了很大的便捷。而在实际环境中，机器人出现了环境适应力比较弱，机器人本身的本体结构大等情况。在四驱机器人移动平台上，四驱阿克曼运动模型的特性是：1.各车轮只滚动不滑动；2.各车轮绕同一个心点转动。因此在实际问题当中出现转向时有滑动，不能绕同一圆心转动的情况，从而使得平台运动不协调，机器人野外适应能力低，转弯半径大，圆心距偏离程度大，容易偏离预定路线。

技术实现要素：

本发明为克服现有技术存在的不足之处，提出一种基于扩展阿克曼算法的四驱机器人自动转向方法，以期能使农业四驱机器人在运行时的转弯半径小、圆心距偏离程度小、动力大、结构紧凑，从而使其运动更加协调稳定，并提高对外界环境的适应力。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种基于扩展阿克曼算法的四驱机器人自动转向方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、定义采集次数为n；并初始化n＝1；

步骤2、选取四驱机器人的四个车轮的轴心线交点作为第n-1次计算的瞬时圆心gn-1；

步骤3、当转向电机带动内轮组转向后，第n次采集所述四驱机器人的内轮组转角αn，并利用式(1)所示的内外转向角约束关系式得到所述四驱机器人的外轮组转角βn：

式(1)中，k为同一轴上的内轮组或外轮组的轴心线之间距离；l为外轮组间或内轮组间的轴距；

步骤4、根据所述第n次采集的内轮组转角αn以及第n次计算的外轮组转角βn，得到第n次计算的四个车轮的轴心线交点并作为第n次计算的瞬时圆心gn；

步骤5、根据所述第n次计算的瞬时圆心gn，得到第n次计算的外轮组转弯半径和内轮组转弯半径

步骤6、根据所述第n次采集的内轮组转弯速度利用式(2)所示的内外轮速度约束关系式得到第n次计算的外轮组转弯速度

步骤7、将n+1赋值给n；并返回步骤3执行，从而根据所述内轮组转角αn、外轮组转角βn、内轮组转弯速度和外轮组转弯速度实现所述四驱机器人的自动转向。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明以四个车轮的轴心线交点作为瞬时圆心，并根据内外转向角约束关系式得到内外轮转向角，从而更新瞬时圆心，最后根据更新后的瞬时圆心和内外轮速度约束关系得到内外轮组转弯速度，从而有效的降低了电机电流，减小了转弯半径和圆心距偏离程度，使其运动更加协调稳定，同时优化了阿克曼转向，解决了实际问题当中出现转向时有滑动，不能绕同一圆心转动的情况，提高了机器人的工作效率，给农业机器领域带来更大的便捷，减少了人力物力的损耗，具有较高的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明方法转向几何模型示意图。

具体实施方式

本实施例中，一种基于扩展阿克曼算法的四驱机器人自动转向方法是应用在集成包含动力系统和控制系统的机器运动平台系统中，动力系统主要采用四个独立驱动轮毂电机、两个连接齿轮转向机构的转向电机；控制系统有工控机上位控制系统、底层驱动器控制系统、rs-485串口通信和遥控/自控控制方式，协调其运动控制。

四驱机器人顺利完成转向的基本要求是各车轮作纯滚动。为了满足这一要求，四驱机器人在转向时各车轮轴心线应通过同一瞬心轴线，此轴线垂直于地面，其投影点如图1中g点，水平投影车辆转向时车身绕瞬时圆心g点转动。因四驱机器人转向时的转弯半径随前轮偏转角的变化而变化，所以称g点为瞬时转向中心点。具体是说，该自动转向方法按如下步骤进行：

步骤1、定义采集次数为n；并初始化n＝1；

步骤2、选取四驱机器人的四个车轮的轴心线交点作为第n-1次计算的瞬时圆心gn-1；

步骤3、当转向电机带动内轮组转向后，第n次采集所述四驱机器人的内轮组转角αn，并利用式(1)所示的内外转向角约束关系式得到所述四驱机器人的外轮组转角βn：

式(1)中，k为同一轴上的内轮组或外轮组的轴心线之间距离；l为外轮组间或内轮组间的轴距；

步骤4、根据所述第n次采集的内轮组转角αn以及第n次计算的外轮组转角βn，得到第n次计算的四个车轮的轴心线交点并作为第n次计算的瞬时圆心gn；

步骤5、根据所述第n次计算的瞬时圆心gn，得到第n次计算的外轮组转弯半径和内轮组转弯半径

步骤6、根据所述第n次采集的内轮组转弯速度利用式(2)所示的内外轮速度约束关系式得到第n次计算的外轮组转弯速度

步骤7、将n+1赋值给n；并返回步骤3执行，从而根据所述内轮组转角αn、外轮组转角βn、内轮组转弯速度和外轮组转弯速度实现所述四驱机器人的自动转向。实验结果表明，采用该方法在麦田、水泥路和裸露的土地等上面行走转向时，有效的减小了转弯半径和圆心距偏离程度、降低了电机电流，优化解决了实际问题当中出现转向时有滑动，不能绕同一圆心转动的情况。