一种麦克纳姆轮全向平台精确定位方法与流程

本发明涉及一种麦克纳姆轮全向平台精确定位方法，属于全向移动平台技术领域。

背景技术：

麦克纳姆轮从其发明至今已被广泛应用于自动导引运输车、移动机器人平台、叉车等诸多领域。由于其独特的结构，配备有麦克纳姆轮的移动平台具备了前后移动、左右平移、斜向平移和原地转向等多种运动方式，能够在二维平面内实现全向移动。

在麦克纳姆轮全向移动平台应用的任何一个领域，往往都需要解决精确定位停靠的问题。例如在自动导引运输车(agv)应用中，移动平台停靠的准确度对零件的装配或者是加工精度都会造成直接的影响；同样在叉车等应用场合中，精准的定位能够确保所装卸货物的安全，并提高工作的效率。

目前，麦克纳姆轮移动平台导航方式通常包括：磁条导航、视觉导航、二维码导航、激光雷达导航等方式。以上方法均能导引移动平台进入停靠位置并实现粗略定位，但无法实现±1mm以内的精确定位和停靠。发明公开号：cn106940183a中提到了一种基于psd的agv精确定位方法，但考虑到目前psd视觉导引产品有效面积通常不超过5cm*5cm，对精确定位的实现造成了巨大的限制。

本发明采用激光位移传感器作为测量元件，对麦克纳姆轮全向移动平台的航向角度误差和位置误差进行检测。激光传感器在agv领域鲜有应用，专利公开号：cn109177941a中采用了激光位移传感器用于agv的防撞测量；专利公开号：cn207792610u中采用采用激光位移传感器用于货叉agv对夹取货物进行测量。与本发明不存在密切的相关性。

技术实现要素：

目的：为了克服现有技术中存在的不足，要解决的问题是当麦克纳姆轮全向移动平台进入停靠范围内后，如何消除移动平台的航向角误差和位置误差，实现移动平台的精确定位和停靠，本发明提供一种麦克纳姆轮全向平台精确定位方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种麦克纳姆轮全向平台精确定位方法，包括以下步骤：

步骤1：通过磁导航方式，导引移动平台进入停靠区域内；

步骤2：启动第一激光位移传感器和第二激光位移传感器，测得距离分别为d1和d2，两个传感器激光光束间的距离为d0，设δd＝d1-d2，计算出航向角误差为：

采用pid控制方法，以第一传感器和第二传感器测得的距离d1和d2差值的绝对值作为输入，控制车轮的转动速度；以d1和d2差值的符号确定车轮转动的方向，进行原地转向逐渐纠正航向角误差，直到ψ＝0为止；

步骤3：第一激光位移传感器和第二激光位移传感器测得距离分别为d1和d2，通过移动平台的前后移动，直到两个传感器测得距离d1和d2均等于设定值位置；

步骤4：启动第三激光位移传感器测得距离为d3，通过控制两侧麦克纳姆轮反向运动，实现移动平台的左右平移，直到距离d3等于设定值位置；在该过程中，保持第一激光位移传感器和第二激光位移传感器测量值始终等于设定值。

作为优选方案，所述移动平台配备有四个呈x型布置的独立驱动的麦克纳姆轮作为驱动轮。

作为优选方案，所述移动平台前方两侧安置有两个激光位移传感器，两个激光传感器平行安装，发射端面对齐。

作为优选方案，所述移动平台一侧中点位置设置有激光位移传感器，安装时确保发射光束与车体垂直。

作为优选方案，所述停靠区域外侧设置有呈“l”型结构的定位反射板。

作为优选方案，所述定位反射板采用表面平整的铝板，并喷涂黑色亚光漆。

作为优选方案，所述激光位移传感器的量程为70mm，测量精度为70μm，激光位移传感器的adc芯片分辨率应不低于10位。

有益效果：本发明提供的一种麦克纳姆轮全向平台精确定位方法，易于实现，成本低，定位效果好，定位精度高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的操作流程图

图3是航向角误差纠正示意图

图4是前后位置误差纠正示意图

图5是左右位置误差纠正示意图

图中：1-1号激光位移传感器；2-2号激光位移传感器；3-3号激光位移传感器；4-麦克纳姆轮全向移动平台；5-定位反射板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，麦克纳姆轮全向移动平台，配备有四个呈x型布置的独立驱动的麦克纳姆轮作为驱动轮，可以在二维平面内能完成常规车辆运动模式之外，还能完成前进后退，左右平移，斜向平移，原地转向等特殊运动模式。在车体前方两侧安置有两个激光位移传感器，第一激光位移传感器1，第二激光位移传感器2。为了提高测量的精度，要求两个激光传感器安装时要完全平行，发射端面要完全对齐，在车体尺寸允许情况下间距尽量保持最大。第三激光位移传感器3，安装在车体右侧中点位置，安装时确保发射光束与车体垂直。三个激光位移传感器在安装完成后需进行校准，测量出各自的安装误差，在定位计算过程中需要去除该安装误差。定位反射板5，由两块铝板精密加工而成，要求表面平整，并喷涂黑色亚光漆。两块反射板应呈“l”型布置，相互垂直。尺寸不小于麦克纳姆轮全向移动平台车体尺寸，固定安装于移动平台预设停靠位置外侧。

如图2所示，一种麦克纳姆轮全向平台精确定位方法，包括以下步骤：

步骤1：通过磁导航方式，导引移动平台进入停靠区域内，完成粗略定位停靠；

粗略停靠通常存在航向角误差、前后位置误差和左右位置误差，如图3所示。

步骤2：对航向角误差进行纠正，启动第一激光位移传感器和第二激光位移传感器。假设移动平台粗略停靠状态如图3所示，此时第一传感器和第二传感器测得距离分别为d1和d2，两个传感器激光光束间的距离为d0。设δd＝d1-d2，则可以计算出航向角误差为：

接着通过控制两侧麦克纳姆轮反向运动，进行原地转向逐渐纠正航向角误差，直到ψ＝0为止。

纠正航向角误差的具体步骤如下：

2.1通过移动平台的原地转向用于消除航向角误差。为了保证移动平台能够围绕中心点进行原地转向，应确保两侧车轮的转动方向相反，但转动速度应保持相同。当移动平台左侧两个车轮向前转动，右侧两个车轮向后转动时，移动平台将按顺时针方向原地转向；反之则按逆时针方向原地转向。在原地转向过程中四个车轮应保持转动速度相同，当车轮转动速度增大时移动平台围绕中心点原地转向的速度随之增加；反之则原地转向的速度随之减小。因此，在控制移动平台原地转向纠正航向角偏差过程中，只需要控制车轮的转动方向和车轮的转动速度即可。

2.2通过连续读取第一传感器和第二传感器，获得距离值d1和d2。当d1大于d2时控制移动平台左侧车轮向前转动，右侧车轮向后转动，驱动移动平台围绕中心点逆时针转动，逐步减小航向角误差；当d1小于d2时控制移动平台左侧车轮向后转动，右侧车轮向前转动，驱动移动平台围绕中心点顺时针转动，逐步减小航向角误差。

2.3：通过连续读取第一传感器和第二传感器，获得距离值d1和d2。当航向角误差ψ大于10度时，应保持车轮18度/秒的转动速度，从而缩短纠正航向角误差的时间；当航向角误差ψ小于10度时，应逐步减小车轮的转动速度，避免在纠偏过程中出现超调和振荡现象；当d1和d2差值为0时，停止四个车轮转动。

在具体实施过程中，采用pid控制方法实现对航向角误差的纠正。以第一传感器和第二传感器测得的距离d1和d2差值的绝对值作为输入，控制车轮的转动速度；以d1和d2差值的符号确定车轮转动的方向，直到两者的差值为0，即航向角误差ψ＝0为止。考虑航向角误差通常小于10度，应选择小于18度/秒的车轮初始转动速度避免调整过程中出现较大的超调现象。

步骤3：对前后位置误差进行矫正，第一激光位移传感器和第二激光位移传感器测得距离分别为d1和d2，通过同时控制四个麦克纳姆轮，实现全向平台的前后移动，直到两个传感器测得距离d1和d2均等于设定值位置。

步骤4：对左右位置误差进行矫正，启动第三激光位移传感器测得距离为d3，此时通过控制两侧麦克纳姆轮反向运动，实现全向平台的左右平移，直到距离d3等于设定值位置。在该过程中，依然需要保持第一激光位移传感器和第二激光位移传感器测量值始终等于设定值。至此，完成全向移动平台的精确定位停靠。

由于激光位移传感器输出为0～5v的直流模拟电压，因此需要选用模拟数字信号转换器(adc)对电压信号进行采集和转换。考虑到所选用的激光位移传感器的量程为70mm，测量精度为70μm，因此所选择的adc芯片分辨率应不低于10位。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。