一种机器人控制方法及全向移动机器人与流程

1.本发明涉及移动机器人技术领域，特别是涉及一种机器人控制方法及全向移动机器人。


背景技术：

2.目前，机器人定位大多通过速度控制、动态纠偏的方式，根据机器人当前的运动方向和速度与目标值比较，实时纠正机器人的移动路径及姿态。
3.现有技术中使用的差速轮实时纠偏控制算法中，需要知道机器人的实时方向和姿态，由于机器人是动态运行的，且位置反馈具有一定滞后性，造成机器人控制算法复杂，且准确性不高。基于在线的实时纠偏速度控制算法，由于电机驱动、驱动轮同步性差，响应时间不一致，造成调整偏差，提高动态响应时容易造成超调，使机器人行走不稳定。
4.综上，移动机器人采用实时纠偏的算法，需对实际转速及方向进行控制，算法复杂，低响应时，纠偏速度慢，轨迹偏离远；高响应时，又容易发生扭摆振荡，造成难以获得稳定参数的问题，并且对不同工况及不同设备状态影响较大，从而在机器人快速移动时，参数难以调节，稳定性较差。因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种机器人控制方法，提高机器人运行的稳定性。
6.本发明提供一种机器人控制方法，包括：确定机器人的当前位置及目标位置；计算从所述当前位置到所述目标位置的最优路径，并将所述最优路径分解为多段直线路径，确定所述机器人在每段所述直线路径中所需的姿态和平移策略；根据所述机器人在每段所述直线路径中所需的姿态和平移策略，在每段所述直线路径中先控制所述机器人进行姿态调整，再控制所述机器人进行位置平移，直至所述机器人到达所述目标位置。
7.进一步地，所述机器人在每段所述直线路径中所需的平移策略包括多种具有不同的平移速度及定位精度的子策略；所述在每段所述直线路径中控制所述机器人进行位置平移包括：控制所述机器人依次按照所述多种子策略进行平移和定位，直至到达所述直线路径的终点。
8.进一步地，所述子策略包括第一子策略、第二子策略和第三子策略，所述第一子策略、第二子策略和第三子策略包括的平移速度和定位精度均逐渐减小。
9.进一步地，所述第一子策略包括的定位精度为分米级，所述第二子策略包括的定位精度为厘米级，所述第三子策略包括的定位精度为毫米级。
10.进一步地，所述控制所述机器人进行姿态调整包括：将所述机器人的伺服电机转换为速度模式，通过控制所述机器人的内外轮的速度差，进而调整所述机器人的姿态；所述控制所述机器人进行位置平移包括：将所述机器人的伺服电机转换为位置控制模式，通过
位置定位指令来控制所述机器人在位置平移过程中的速度和位移。
11.进一步地，所述方法还包括：确定所述机器人在所有所述直线路径中都完成移动后，判断所述机器人完成移动后的当前位置是否为所述目标位置；如果完成移动后的当前位置不是所述目标位置，则重新计算当前位置到所述目标位置的最优路径。
12.进一步地，所述方法还包括：在所述机器人向所述目标位置移动的过程中，当所述机器人遇到非预期障碍物或者出现偏移，控制所述机器人停止移动，重新计算当前位置到所述目标位置的最优路径。
13.本发明还提供一种全向移动机器人，其特征在于，所述全向移动机器人包括移动控制装置、内外差速轮和驱动装置，所述移动控制装置用于确定机器人的当前位置及目标位置，计算从所述当前位置到所述最终目标位置的最优路径，并将所述最优路径分解为多段直线路径，确定所述机器人在每段所述直线路径中所需的姿态和平移策略，根据所述机器人在每段所述直线路径中所需的姿态和平移策略，在每段所述直线路径中先控制所述机器人进行姿态调整，再控制所述机器人进行位置平移，直至所述机器人到达所述目标位置；所述内外差速轮用于实现姿态调整及位置平移；所述驱动装置包括伺服电机，用于控制所述内外差速轮的移动速度和移动距离。
14.进一步地，所述移动控制装置还用于当所述机器人遇到非预期障碍物或者出现偏移，控制所述机器人停止移动，重新计算当前位置到所述目标位置的最优路径。
15.进一步地，所述移动控制装置还用于在确定所述机器人在所有所述直线路径中都完成移动后，判断所述机器人完成移动后的当前位置是否为所述目标位置；如果完成移动后的当前位置不是所述目标位置，则重新计算当前位置到所述目标位置的最优路径。
16.本发明提供的机器人控制方法及全向移动机器人，通过将定位任务分解为多个定位任务，即将计算出的最优路径分解为多个直线路径，控制机器人在每段直线路径中先进性姿态调整，再根据不同移动速度和不同定位精度的位移策略向目标位置移动，使控制算法变得更简单，减少机器人移动过程中动态调整的不稳定因素，提高机器人移动的稳定性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1为本发明一实施例中机器人控制方法流程图；
19.图2为本发明一实施例中机器人控制方法执行过程示意图；
20.图3为本发明一实施例中全向移动机器人的结构示意图。
具体实施方式
21.有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预期目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制，可能未示出某些公知的部分。在各个附图中，相同
的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
22.图1是本发明一实施例中机器人控制方法流程图，本实施例中提供的机器人控制方法包括以下步骤：
23.步骤s01：确定机器人的当前位置及目标位置；
24.步骤s02：计算当前位置到目标位置的最优路径；
25.具体地，在确定机器人的当前位置以及要到达的目标位置后，将机器人定位的目标位置与当前位置进行比较，通过算法规划出当前位置到目标位置的最优路径，形成机器人从当前位置到目标位置的定位任务。
26.步骤s03：将最优路径分解为多段直线路径，并确定机器人在每段直线路径中所需的姿态和平移策略；
27.具体地，将定位任务分解成多个定位任务，即将规划出的最优路径分解成多段直线路径，并通过算法分析出机器人在每段直线路径中所需的姿态和平移策略，即机器人在每段直线路径中移动的方向，以及机器人在每段直线路径中所需的包括多种具有不同的平移速度及定位精度的平移子策略。
28.具体地，本实施例中的平移子策略包括第一子策略、第二子策略和第三子策略，其中，第一子策略、第二子策略和第三子策略的平移速度和定位精度均逐渐减小。
29.具体地，机器人在定位中，为保证机器人移动的速度及精度要求，根据机器人当前位置与最终定位的目标位置的距离远近，将机器人的平移策略分为以快速粗定位的第一子策略、以中速慢定位的第二子策略和以慢速精定位的第三子策略。其中，快速粗定位的第一子策略具体为先控制机器人以较大的速度快速的移动到每个目标定位点附近，即每段直线路径的终点附近；到达每个目标定位点附近后，为防止机器人位置过冲，则控制机器人执行中速慢定位的第二子策略，即控制机器人降低速度以中速进一步靠近每个目标定位点；在控制机器人以第二子策略进一步靠近目标定位点后，最后控制机器人执行慢速精定位的第三子策略，即根据机器人定位精度的要求，控制机器人以慢速调整到目标定位点，使机器人能够平滑稳定的到达每个定位任务的目标定位点，避免机器人在快速移动时发生扭摆振荡，使机器人移动过程中发生轨迹偏移。
30.需要说明的是，在本发明实施例中，第一子策略的定位精度为分米级，第二子策略的定位精度为厘米级，所述第三子策略的定位精度为毫米级。其中，第一子策略、第二子策略和第三子策略设置的机器人的移动速度根据机器人运行环境的具体情况，可以进行适当的调整，本实施例中不做具体限定。
31.步骤s04：控制机器人在每段直线路径中先进行姿态调整，再进行位置平移，直至完成所有分解直线路径的移动。
32.具体地，在确定好每个定位任务后，根据确定的机器人在每段直线路径中所需的姿态和平移策略，控制机器人在每段直线路径中先进行姿态调整，再进行位置平移，直至完成所有分解直线路径的移动，到达目标位置。
33.具体地，在控制机器人移动的过程中，可以通过将机器人的伺服电机转换为速度模式，通过控制机器人的内外轮的速度差，进而调整机器人的姿态，改变机器人移动的方向；然后再将所述机器人的伺服电机转换为位置控制模式，通过位置定位指令来控制机器人在位置平移过程中的速度和位移。
34.本发明一实施例中，确定机器人在所有直线路径中都完成移动后，还包括以下步骤：
35.步骤s05：判断机器人完成移动后的当前位置是否为目标位置；
36.步骤s06：如果完成移动后的当前位置不是目标位置，则重新计算当前位置到目标位置的最优路径；
37.具体地，为确保机器人执行完分解后的多个定位任务后到达的位置是所定位的目标位置，因此在机器人完成所有直线路径的移动后，判断机器人完成移动后的当前位置是否为定位的目标位置，如果与定位的目标位置相比有所偏移，则重新计算当前位置到目标位置的最优路径，继续控制机器人执行上述的控制方法向目标位置进行移动。
38.在本发明实施例中，在机器人向目标位置移动的过程中，当机器人遇到非预期障碍物，或者由于机器人移动环境的因素使机器人的移动出现偏移，则控制机器人停止移动，重新计算当前位置到目标位置的最优路径，继续重新进入如图2所示的机器人控制方法的执行过程。
39.综上所述，本发明提供的机器人控制方法，通过将定位任务分解为多个定位任务，即将计算出的最优路径分解为多个直线路径，控制机器人在每段直线路径中先进性姿态调整，再根据不同移动速度和不同定位精度的位移策略向目标位置移动，不需要实时的进行位置纠偏，使控制算法变得更简单，并且避免机器人在快速移动的过程中发生扭摆振荡，造成机器人移动轨迹的偏离，提高机器人移动的稳定性。
40.本发明一实施例中还提供了一种全向移动机器人，如图3所示，全向移动机器人100包括移动控制装置110、驱动装置120以及内外差速轮130。
41.移动控制装置110，用于确定机器人的当前位置及目标位置，计算从当前位置到目标位置的最优路径，并将最优路径分解为多段直线路径，确定机器人在每段直线路径中所需的姿态和平移策略，根据机器人在每段直线路径中所需的姿态和平移策略，在每段直线路径中先控制机器人进行姿态调整，再控制机器人进行位置平移，直至机器人到达目标位置。驱动装置120包括伺服电机，用于控制内外差速轮130的移动速度和移动距离。内外差速轮130用于实现姿态调整及位置平移。其中，移动控制装置110还用于在确定机器人在所有直线路径中都完成移动后，判断机器人完成移动后的当前位置是否为所述目标位置；如果完成移动后的当前位置不是所述目标位置，则重新计算当前位置到所述目标位置的最优路径，以及当机器人遇到非预期障碍物或者出现偏移，控制机器人停止移动，重新计算当前位置到目标位置的最优路径。
42.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是为了区别属性类似的元素，而不是指示或暗示相对的重要性或者特定的顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体，意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
43.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。