一種移動機器人道路跟隨方法

一種移動機器人道路跟隨方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于跟隨方法，具體涉及一種移動機器人道路跟隨方法。
【背景技術】
[0002] 智能移動機器人是一類能夠通過傳感器感知環境和自身狀態，實現在有障礙物的 環境中面向目標的自主導航運動，從而完成預定任務的機器人系統。要實現機器人自主導 航運動，必須要解決環境建模、實時定位、路徑規劃、運動控制等一系列問題。
[0003] 其中，移動機器人的運動控制根據控制目標的不同，可W分為軌跡跟蹤、道路跟隨 和點鎮定Η類問題。道路跟隨問題是指在慣性坐標系中，機器人從給定的初始狀態出發，到 達并跟隨指定的幾何路徑。

【發明內容】

[0004] 本發明針對傳統技術的缺陷，提供一種移動機器人道路跟隨方法。
[0005] 本發明是送樣實現的：一種移動機器人道路跟隨方法，包括下述步驟：
[0006] 步驟一；期望路徑重構
[0007] 將機器人的預期移動路線重構，形成機器人的移動路徑。
[000引步驟二：直線移動
[0009] 控制機器人直線移動。
[0010] 步驟Η ;轉彎
[0011] (1)航向控制
[0012] 通過控制機器人雙輪，達到控制航向的目的，其中Κρ是航向控制的比例系數，Κι是 積分系數；Ui、Uf是左右電機的控制輸入，所述的Κρ、Κι由外部給出，Ui、Uf由傳感器輸入，初 始時Ui = Uf = U。與設定的機器人初始速度成正比；航向誤差經比例積分環節后得到兩個 電機控制調整量Δ U，Ui+ Δ U經限幅得到左電機的控制輸入Ui，Uf- Δ U經限幅得到右電機的
控制輸入Uf ; 分別為左右電機的傳遞函數，由外部給出；左右 .、
電機輸出的轉速《1、ω,經作差并乘系數K得到車體航向Head, K可通過標定獲得，
[0013] (2)轉彎半徑控制
[0014] 雙輪差動機器人轉彎半徑R的大小可W表示為：
[0015]
[001引其中，W為左右驅動車輪之間的距離，Δ山、Δ屯分別為采樣時間內左右車輪位移 增量。從上式可W看出，保持左右車輪轉速的比例固定，可W控制機器人轉彎半徑。機器人 左轉時，其中0<Ky= 根據與Ky· ?1之差對右電機控制量進行調整，從而保 證左右電機轉速成比例。
[0017] 如上所述的一種移動機器人道路跟隨方法，其中，機器人的移動路徑只包括直線 移動和轉動。
[0018] 本發明的顯著效果是：在已知環境導航任務中，通過全局路徑規劃可W確定機器 人期望的移動路徑；在未知環境中，移動機器人通過傳感器獲取環境信息建立環境模型，基 于環境模型進行路徑規劃，確定期望的移動路徑。基于路徑規劃得到的期望軌跡往往是一 系列折線，移動機器人需要在折點處進行原地轉彎換向，送就使得機器人的運動過程不連 貫，且有的機器人難W實現原地轉向。為了使移動機器人的運動保持連貫性，提出了一種道 路跟隨算法，通過重新構造期望道路，使機器人按照固定的轉彎半徑在行進中轉彎，并基本 保持期望的軌跡移動。
【具體實施方式】
[0019] 一種移動機器人道路跟隨方法，包括下述步驟：
[0020] 步驟一；期望路徑重構
[0021] 將機器人的預期移動路線重構，形成機器人的移動路徑。
[0022] 目前機器人的路徑為平面移動，即只包括直線移動和轉動，因此在本步驟中將路 徑重構直線移動和轉動，其中直線移動是控制機器人直接移動，轉彎時航向控制和轉彎半 徑控制共同作用實現的。
[0023] 由于機器人預期移動路線是預先設定好的，因此本步驟重構后可W得到直線移動 距離和轉動角度等數據。根據機器人行進過程不同，選擇直線移動或轉彎。
[0024] 步驟二：直線移動
[00巧]按照傳統技術控制機器人直線移動。
[0026] 步驟Η ;轉彎
[0027] (1)航向控制
[0028] 移動機器人采用雙輪差動驅動方式，左右電機差速造成機器人航向的變化，機器 人航向相對目標航向的偏差經ΡΙ控制器對左右電機的轉速進行調整，從而控制機器人航 向保持目標航向。其中Κρ是航向控制的比例系數，Κι是積分系數；Ui、Uf是左右電機的控制 輸入，所述的Κρ、Κι由外部給出，Ui、Uf由傳感器輸入，初始時Ui = Uf = U。與設定的機器人 初始速度成正比；航向誤差經比例積分環節后得到兩個電機控制調整量Au，Ui+Au經限幅 得到左電機的控制輸入Ui，Uf-Au經限幅得到右電機的控制輸入Ut
分別為 左右電機的傳遞函數，
自外部給出；左右電機輸出的轉速《1、ω,經作差并 乘系數Κ得到車體航向Head, Κ可通過標定獲得。
[0029] (2)轉彎半徑控制
[0030] 雙輪差動機器人轉彎半徑R的大小可W表示為：
[0031]
[0032] 其中，W為左右驅動車輪之間的距離，Adi、Δ屯分別為采樣時間內左右車輪位移 增量。從上式可w看出，保持左右車輪轉速的比例固定，可w控制機器人轉彎半徑。機器人 左轉時，其中0<Ky= 根據與Ky· ?1之差對右電機控制量進行調整，從而保 證左右電機轉速成比例。
【主權項】
1. 一種移動機器人道路跟隨方法，其特征在于，包括下述步驟： 步驟一；期望路徑重構 將機器人的預期移動路線重構，形成機器人的移動路徑。 步驟二：直線移動 控制機器人直線移動。 步驟Η ;轉彎 (1) 航向控制 通過控制機器人雙輪，達到控制航向的目的，其中Κρ是航向控制的比例系數，Κι是積分 系數；Ui、Uf是左右電機的控制輸入，所述的Κρ、Κι由外部給出，Ui、Uf由傳感器輸入，初始時 Ui = Uf = U。與設定的機器人初始速度成正比；航向誤差經比例積分環節后得到兩個電機控 制調整量Δ U，ui+ Δ U經限幅得到左電機的控制輸入Ui，Δ U經限幅得到右電機的控制輸 入Uf分別為左右電機的傳遞函數，由外部給出；左右電機輸 出的轉速《1、ω,經作差并乘系數K得到車體航向Head, K可通過標定獲得， (2) 轉彎半徑控制 雙輪差動機器人轉彎半徑R的大小可W表示為：其中，W為左右驅動車輪之間的距離，Adi、Δ屯分別為采樣時間內左右車輪位移增量。 從上式可W看出，保持左右車輪轉速的比例固定，可W控制機器人轉彎半徑。機器人左轉 時，其中0<Ky= 根據與Ky· ?1之差對右電機控制量進行調整，從而保證左 右電機轉速成比例。2. 如權利要求1所述的一種移動機器人道路跟隨方法，其特征在于：機器人的移動路 徑只包括直線移動和轉動。
【專利摘要】本發明屬于跟隨方法，具體涉及一種移動機器人道路跟隨方法。一種移動機器人道路跟隨方法，包括下述步驟：步驟一：期望路徑重構，將機器人的預期移動路線重構，形成機器人的移動路徑。步驟二：直線移動，按照傳統技術控制機器人直線移動。步驟三：轉彎，(1)航向控制，(2)轉彎半徑控制。本發明的顯著效果是：通過重新構造期望道路，使機器人按照固定的轉彎半徑在行進中轉彎，并基本保持期望的軌跡移動。
【IPC分類】B25J5/00, B25J9/16
【公開號】CN105563449
【申請號】CN201410539736
【發明人】王芳, 呂博, 呂翀, 季冉明
【申請人】北京自動化控制設備研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2014年10月13日