拖挂式移动机器人平行泊车方法
【专利摘要】本发明的拖挂式移动机器人平行泊车方法，包括：a)定义初始和终点位形；b)设定参考路径为、、；c)建立路径下的运动学模型；d)建立路径下的运动学模型；e)求解路径，计算从点位形正向开始的n束曲线参考路径；f)求解路径，计算从点位形反向开始的n束曲线参考路径；g)找出相切或近似相切的交点；h)确定泊车路径；i)控制泊车，控制拖挂式移动机器人进行泊车。本发明的平行泊车方法，在初始位形和终点位形已知的情况下，可自动计算出最佳的泊车路径，在模糊控制器的作用下可实现自动泊车，为现有拖挂式机器人的自动平行泊车奠定了理论基础。
【专利说明】拖挂式移动机器人平行泊车方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种拖挂式移动机器人平行泊车方法，更具体的说，尤其涉及一种首先计算出泊车路径再利用模糊控制器控制泊车的拖挂式移动机器人平行泊车方法。
【背景技术】
[0002]拖挂式移动机器人(Tractor-trailer Mobile Robot,TTMR)是一种较为特殊的移动机器人，它由位于最前端的牵引车(tractor)和由之拖动的多个被动的拖车(trailer)组成，牵引车执行转向和驱动功能，而拖车跟随牵引车运动。拖挂式移动机器人一方面具有移动机器人的运动能力，另一方面可以拓展移动机器人的其它功能。例如清洁机器人，可以在移动机器人后拖挂一个清扫和收集垃圾的卡车，从而降低成本，提高效率；另外，救援机器人可以通过拖挂增加其运输能力，同时拖车节数也可以灵活改变，以便运输大量物体。
[0003]目前，拖挂式移动机器人的研究对象主要为室内服务机器人，如清洁机器人，救援机器人，在工厂仓库、机场用于运输货物、搬运行李、货物中转等任务的运输机器人。国际机器人技术联合会对服务机器人有一个初步的定义:服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类的服务工作，但不包括从事生产的设备。从广义上可以认为服务机器人是指除工业机器人之外的各种机器人，主要应用于服务业，如水下机器人、清洁机器人、救援机器人等。目前，服务机器人正在以飞快的速度发展壮大。根据IFR的调查，1998年底，世界服务机器人的总数(不包括真空吸尘机器人)估计为最少5000台，而到2009年底，约有76，600台服务机器人在世界范围内得到应用，并且预计家用机器人(domestic robot)将成为服务机器人的主要支柱。
[0004]平行泊车问题来源于倒车问题，1989年，美国斯坦福大学的Widrow教授在针对非线性多变量系统的最优控制问题的研究中提出了倒车问题]。由于系统存在非完整约束，非完整系统的倒车问题以及平行泊车问题具有很大的挑战性，已经成为控制领域研究的重要问题。国内外学者对于一般轮式移动机器人的倒车问题的研究已有很多，如Widrow提出的基于神经网络的控制方法，Kosko以及Freeman等人提出的模糊控制方法,Tanaka基于线性不等式的控制设计方法。
[0005]但对于拖挂式移动机器人的倒车问题的研究相对较少。Andri Riid等人对类似系统的倒车问题提出一种分层模糊控制方法。平行泊车问题要求控制拖挂式移动机器人从初始位形运动到与初始位形平行的终点位形。由于反向运动时拖车子系统不稳定，拖挂式移动机器人的反向平行泊车问题更为复杂和困难。
【发明内容】
[0006]本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了 一种拖挂式移动机器人平行泊车方法。
[0007]本发明的拖挂式移动机器人平行泊车方法，拖挂式移动机器人包括牵引车和拖车，牵引车与拖车之间通过链接点相连接，链接点处设置有用于测量拖车的车体纵向线相对于牵引车的车体纵向线转动角度的角度传感器牵引车由后轮驱动、前轮转向，牵引车前转向轮的转向角速度为牵引车的纵向速度力> 且车轮与地面无滑动；牵引车驱动轮与
转向轮之间的距离为拖车的轮轴中点到链接点的距离为毛，连接轴的长度为厶；牵引
车的左、右驱动轮可分别进行驱动，并通过左、右驱动轮的不同转速实现转向；
定义为坐标系ar/中牵引车和拖车的位形，2 =1时表示牵引车的位形d =2
时表示拖车的位形；为牵引车后轮轴中心点的坐标，为拖车轮轴中线点的坐标力方位角，表示车体纵向线相对于坐标系r轴正向所旋转的角度《力牵引车的转向角，表示牵引车转向轮与车体纵向线之间的夹角巧；牵引车可获取自身车体纵向线相对于坐标手、I轴正向所旋转的角度；总、式为牵引车左、右驱动轮的速度；
其特征在于，所述平行泊车方法通过以下步骤来实现:
a).定义初始和终点位形,设初始位形为..X1 =O h =O, &1= &2 =0°，记为O点；终点位形力I =0，? = D ,迗=^ =0。，记为G点，则拖挂式机器人要实现距离力L的平行泊车；
b).设定参考路径，设拖挂式机器人从O至G点实现平行泊车依次经过直线路径曲线路径颂、曲线路径βσ，路径a?、SQ、QG中牵引车的转向角分别为常值<%、％、％，且Ψο =0° ;设2点拖挂式机器人的位形为A U =O, &1 = 4 =0° ；c).建立βο路径下的运动学模型，建立如动态方程组(I)所示的路径βσ下拖挂式移动机器人的运动学模型:
【权利要求】
1.一种拖挂式移动机器人平行泊车方法，拖挂式移动机器人包括牵引车和拖车，牵引车与拖车之间通过链接点相连接，链接点处设置有用于测量拖车的车体纵向线相对于牵引车的车体纵向线转动角度的角度传感器；牵引车由后轮驱动、前轮转向，牵引车前转向轮的转向角速度为牵引车的纵向速度力' 且车轮与地面无滑动；牵引车驱动轮与转向轮之间的距离为4，拖车的轮轴中点到链接点的距离为4，连接轴的长度为4牵引车的左、右驱动轮可分别进行驱动，并通过左、右驱动轮的不同转速实现转向； 定义)为坐标系OJO7中牵引车和拖车的位形，i =1时表示牵引车的位形，τ =2时表示拖车的位形；为牵引车后轮轴中心点的坐标，为拖车轮轴中线点的坐标；肖为方位角，表示车体纵向线相对于坐标系X轴正向所旋转的角度；供为牵引车的转向角，表示牵引车转向轮与车体纵向线之间的夹角；牵引车可获取自身车体纵向线相对于坐标系尤轴正向所旋转的角度巧；A?、尽为牵引车左、右驱动轮的速度； 其特征在于，所述平行泊车方法通过以下步骤来实现: a).定义初始和终点位形,设初始位形为:?=0 I1 =0, &1= &2 =0°，记为O点；终点位形力i =0，y, = D，S1 = &2 =0。，记为G点，则拖挂式机器人要实现距离力:的平行泊车； b).设定参考路径，设拖挂式机器人从O至占实现平行泊车依次经过直线路径QSN曲线路径SB、曲线路径βσ，路径c?、SQ、QG中牵引车的转向角分别为常值a，且必=0° ;设S点拖挂式机器人的位形为xI = ￡，=0 4 = Cj =0° ； c).建立βσ路径下的运动学模型，建立如动态方程组(I)所示的路径QG下拖挂式移动机器人的运动学模型:
2.根据权利要求1所述的拖挂式移动机器人平行泊车方法，其特征在于，拖挂式移动机器人采用左右轮差动驱动方式;步骤i)中泊车时曲线路径和βσ反向运动通过以下步骤来实现: 1-1).确定LOS方向，设当前参考路径为(WpiIWpD ,拖车的位置为/1(?,?),定义
3.根据权利要求2所述的拖 挂式移动机器人平行泊车方法，其特征在于:步骤1-5)中右轮速度& =100mm/s: =10。
【文档编号】B60W30/06GK103963782SQ201410194612
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】程金, 张勇, 王中华 申请人:济南大学