一种原地转向控制方法、装置及控制系统与流程

1.本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种原地转向控制方法、装置及控制系统。


背景技术：

2.智能机器人现在已经广泛用于多个领域中，帮助人们完成需要的工作，但是在进行一些特殊的工作时，需要机器人多种运动方式，尤其是对于多轮的机器人，能够独立转向，并且实现原地转向。
3.但由于底盘尺寸的约束、空间的限制，导致偏转角与理想值偏差较大，从而造成轮胎受到侧偏力较大，导致原地转向时轮子转矩输出增大，原地转向速度不易控制；由于车体结构、负载分布、轮胎胎压、磨损程度等因素的左右不对称，易造成车体左右两侧力不平衡，原地转向容易偏心，无法达到的精准控制的目的。


技术实现要素：

4.针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种原地转向控制方法、装置及控制系统，实现较低转向角速度的原地转向控制。
5.为达到以上目的，本发明的技术方案为：
6.一种原地转向控制方法，用于控制六轮移动机器人，所述六轮移动机器人具有第一侧轮和第二侧轮，所述第一侧轮和第二侧轮均包括前转向轮和后转向轮，所述方法包括以下步骤：
7.在六轮移动机器人原地转向的情况下，当所述第一侧轮和第二侧轮达到预设偏向转角角度时，实时获取所述第一侧轮和第二侧轮的实时运动速度；
8.确定所述第一侧轮的实时运动速度大于所述第二侧轮的实时运动速度的情况下，基于所述第一侧轮的实时运动速度控制所述第二侧轮的实时运动速度，否则，基于所述第二侧轮的实时运动速度控制所述第一侧轮的实时运动速度，以实现对六轮移动机器人原地转向控制。
9.所述预设偏向转角角度满足：
[0010][0011]
其中，所述θ为前、后转向轮的偏向转角角度，l为轴距，w为轮距。
[0012]
所述六轮移动机器人还具有第一中间轮和第二中间轮，所述第一中间轮位于所述第一侧轮含有的前转向轮和后转向轮之间，所述第二中间轮位于所述第二侧轮含有的前转向轮和后转向轮之间，所述实时获取所述第一侧轮和第二侧轮的实时运动速度，包括：
[0013]
实时采集第一中间轮的实时运动速度和第二中间轮的实时运动速度；
[0014]
定义所述第一中间轮的实时运动速度为第一侧轮的实时运动速度；
[0015]
定义所述第二中间轮的实时运动速度为第二侧轮的实时运动速度。
[0016]
所述第一中间轮的实时运动速度为安装在所述第一中间轮上的转速传感器所采
集的实时运动速度；
[0017]
所述第二中间轮的实时运动速度为安装在所述第二中间轮上的转速传感器所采集的实时运动速度。
[0018]
一种原地转向控制装置，所述六轮移动机器人具有第一侧轮和第二侧轮，所述第一侧轮和第二侧轮均包括前转向轮、中间轮和后转向轮，包括：
[0019]
获取模块，用于在六轮移动机器人原地转向的情况下，当所述第一侧轮和第二侧轮所含有前、后转向轮达到预设偏向转角角度，实时获取所述第一侧轮和第二侧轮的实时运动速度；
[0020]
控制模块，用于确定所述第一侧轮的实时运动速度大于所述第二侧轮的实时运动速度的情况下，基于所述第一侧轮的实时运动速度控制所述第二侧轮的实时运动速度，否则，基于所述第二侧轮的实时运动速度控制所述第一侧轮的实时运动速度。
[0021]
所述预设偏向转角角度满足：
[0022][0023]
其中，所述θ为前、后转向轮的偏向转角角度，l为轴距，w为轮距。
[0024]
所述六轮移动机器人还具有第一中间轮和第二中间轮，所述第一中间轮位于所述第一侧轮含有的前转向轮和后转向轮之间，所述第二中间轮位于所述第二侧轮含有的前转向轮和后转向轮之间，所述获取模块，具体用于实时采集第一中间轮的实时运动速度和第二中间轮的实时运动速度，定义所述第一中间轮的实时运动速度为第一侧轮的实时运动速度，定义所述第二中间轮的实时运动速度为第二侧轮的实时运动速度。
[0025]
所述第一中间轮的实时运动速度为安装在所述第一中间轮上的转速传感器所采集的实时运动速度；
[0026]
所述第二中间轮的实时运动速度为安装在所述第二中间轮上的转速传感器所采集的实时运动速度。
[0027]
一种原地转向控制系统，包括六轮移动机器人、测速组件以及控制器，所述六轮移动机器人具有第一侧轮和第二侧轮，所述第一侧轮和第二侧轮均包括前转向轮、中间轮和后转向轮；
[0028]
所述控制器与所述测速组件通信，所述测速组件用于采集第一侧轮的实时运动速度和第二侧轮的实时运动速度；
[0029]
所述控制器与所述六轮移动机器人通信，所述控制器用于基于上述方法，控制所述第一侧轮和/或第二侧轮的运动速度。
[0030]
所述六轮移动机器人还具有第一中间轮和第二中间轮，所述第一中间轮位于所述第一侧轮含有的前转向轮和后转向轮之间，所述第二中间轮位于所述第二侧轮含有的前转向轮和后转向轮之间；
[0031]
所述速度检测组件包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器设在所述第一中间轮上，所述第二传感器设在所述第二中间轮上，所述第一速度传感器和所述第二速度传感器与所述控制器通信。
[0032]
与现有技术比较，本发明的有益效果为：
[0033]
本发明提供了一种原地转向控制方法、装置及控制系统，用于控制六轮移动机器
人，能够通过对两侧的实时运动速度进行检测，并且根据运动速度进和目标速度，对整个机器人的运动控制系统进行控制，实时的调整每个轮胎的转矩，当六轮驱动四轮转向移动机器人存在一定的不对称因素时，可以实现较低转速的原地转向，且能够保持旋转中心位于车体的几何中心，避免车体左右失去平衡，防止原地转向时偏心问题的发生。
附图说明
[0034]
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0035]
图1是本发明六轮移动机器人原地转向控制方法流程图；
[0036]
图2是本发明六轮移动机器人底盘结构示意图；
[0037]
图3本发明六轮移动机器人原地转向控制方法示例图；
[0038]
图4本发明六轮移动机器人原地转向控制系统结构示意图。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
[0040]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
[0041]
机器人在进行原地转向时，采用开环控制，在前后四轮偏转到位后，六轮分别设置相等的转矩指令。该方法无法实现较小原地转向角速度，且对于原地转向偏心问题无法克服，因此，本发明针对六轮驱动四轮转向移动机器人的原地转向控制算法。六轮驱动四轮转向机器人是一种实用的机器人底盘，可实现基于阿克曼原理的转向控制，并能实现原地转向，因此，是一种机动灵活的机器人底盘，适合狭窄空间城市道路或工厂环境作业。但受底盘的结构尺寸限制，或受转向轮转动空间约束，四轮偏转无法达到理想偏转角，导致轮胎侧偏力增大，底盘低速原地转向困难。此外，底盘结构、负载分布、轮胎磨损、轮胎压力等的左右不对称，容易造成底盘原地转向中发生侧移。
[0042]
针对以上问题，如图1所示，本发明提供了一种原地转向控制方法，用于控制六轮移动机器人，所述六轮移动机器人具有第一侧轮和第二侧轮，所述第一侧轮和第二侧轮均包括前转向轮和后转向轮，所述方法包括以下步骤：
[0043]
s1、在六轮移动机器人原地转向的情况下，当所述第一侧轮和第二侧轮达到预设偏向转角角度时，实时获取所述第一侧轮和第二侧轮的实时运动速度；
[0044]
在进行原地转向运动时，先根据预设角度进行转向，当检测到转向角度达到预设的偏向转角角度时，侧进行测速。机器人前后四轮可独立转向，可根据阿克曼转向原理在行进中转弯，同时可以实现原地转向。
[0045]
原地转向时，机器人前四轮的偏转角如图2所示，理想的偏转角角度为：
[0046]
[0047]
其中，所述θ为前、后转向轮的偏向转角角度，l为轴距，w为轮距；其中，前轴和中轴轴距、中轴和后轴轴距相等。
[0048]
s2、确定所述第一侧轮的实时运动速度大于所述第二侧轮的实时运动速度的情况下，基于所述第一侧轮的实时运动速度控制所述第二侧轮的实时运动速度，否则，基于所述第二侧轮的实时运动速度控制所述第一侧轮的实时运动速度，以实现对六轮移动机器人原地转向控制。
[0049]
为了能够实时并且准确的获取左、右两侧运动速度，本发明实施例中，采用的是在左右两侧设置中间轮，实时采集中间轮的运动速度。
[0050]
具体为：
[0051]
所述六轮移动机器人还具有第一中间轮和第二中间轮，所述第一中间轮位于所述第一侧轮含有的前转向轮和后转向轮之间，所述第二中间轮位于所述第二侧轮含有的前转向轮和后转向轮之间，所述实时获取所述第一侧轮和第二侧轮的实时运动速度，包括：
[0052]
实时采集第一中间轮的实时运动速度和第二中间轮的实时运动速度；
[0053]
定义所述第一中间轮的实时运动速度为第一侧轮的实时运动速度；
[0054]
定义所述第二中间轮的实时运动速度为第二侧轮的实时运动速度。
[0055]
其中，所述第一中间轮的实时运动速度为安装在所述第一中间轮上的转速传感器所采集的实时运动速度；
[0056]
所述第二中间轮的实时运动速度为安装在所述第二中间轮上的转速传感器所采集的实时运动速度。
[0057]
转速传感器是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。通过转速能够获取中间轮的运动速度。
[0058]
通过转速传感器实时获取中间转轮的轮速，根据轮速获取实时的运动速度。
[0059]
另外，对于具体的测速过程中，还可以通过其他的步骤进行，并且不局限于本发明实施例中的测量方式，例如，可以是测速仪，也可以是单片机测量测速装置等。
[0060]
s2、确定所述第一侧轮的实时运动速度大于所述第二侧轮的实时运动速度的情况下，基于所述第一侧轮的实时运动速度控制所述第二侧轮的实时运动速度，否则，基于所述第二侧轮的实时运动速度控制所述第一侧轮的实时运动速度，以实现对六轮移动机器人原地转向控制。
[0061]
将实时运动速度大的一侧的实时运动速度设定为另一侧的目标速度，并且根据该目标速度对前后转向轮进行速度闭环控制。
[0062]
具体包括：
[0063]
获取第一、二中间轮的当前速度，并且对第一、二中间轮的当前速度大小进行比较；
[0064]
当第一中间轮的当前速度大于第二中间轮的当前速度时，则将第一中间轮的当前速度设置为第二中间轮的目标转速，并且根据第二中间轮的目标转速计算第二侧轮的目标速度，对六轮输出转矩进行调整，获得速度控制；
[0065]
当第二中间轮的当前速度大于第一中间轮的当前速度时，则将第二中间轮当前速度设置为第一中间轮的目标转速，并且根据第一中间轮的目标转速计算第一前后轮的目标速度，对六轮输出转矩进行调整，获得速度控制。
[0066]
根据所述输出转矩值，调整前后轮的输出转矩，实现原地转向。
[0067]
需要说明的是，本发明实施例中，需要原地转向可以有两种方式，可以是顺时钟原地转向，也可以是逆时针原地转向，下面以逆时针原地转向为例进行具体的过程进行说明：
[0068]
如图3所示，机器人在收到原地转向指令后；
[0069]
1)、设置两侧的转向轮的偏向转角角度，根据偏向转角角度启动四轮偏转；
[0070]
2)、当前后转向轮轮全部偏转到位后，设置左右两侧的期望目标速度后，启动机器人；
[0071]
3)、当加速时间达到后，获取第一、第二中间轮转速，计算第一、第二两侧的实时运动速度为该侧的当前速度：
[0072]
当第一侧当前速度大于第二侧当前速度时，则将第一中间轮的当前速度设置为第二中间轮的目标转速，并且根据第二中间轮的目标转速计算第二侧轮的目标速度；
[0073]
当第二侧当前速度大于第一侧当前速度时，则将第二中间轮的当前速度设置为第一中间轮的目标转速，并且根据第一中间轮的目标转速计算左前后轮的目标速度；
[0074]
4)、进行六轮速度闭环控制，调节转矩，驱动六轮运动；
[0075]
5)、直到接收到停止指令。
[0076]
原有的原地转向控制采用开环控制策略，当四轮偏转到位后，六轮驱动分别设置相同的输出转矩，六轮开始转动。在这一过程中如果轮子转轴输出转矩过小，无法克服轮胎侧偏力，原地转向无法启动。增大初始设定转矩，底盘可能会以较大角速度启动原地转，但受到不对称诸因素影响，转动中心会逐渐偏离车体几何中心，可能会以某侧中间轮为中心进行旋转运动，造成一侧中间轮不转，另一侧轮子绕此轮转大圈的现象。
[0077]
本发明针对此问题，提出了一种基于速度闭环的原地转向控制策略。根据本发明，需在左、右两侧中间轮加装轮速传感器，并对两轮速进行实时采集。当四轮偏转到位后，六轮驱动分别设置初始转矩输出，使六轮转速启动。根据两个传感器速度采样，对比两侧轮速，速度较小的一侧以较大一侧的当前速度作为目标速度，较大一侧则以期望的速度作为目标速度。左右两侧分别以目标速度与实际速度误差的比例、积分项对驱动输出转矩进行调整。通过本发明专利算法，当六轮驱动四轮转向移动机器人存在一定的不对称因素时，可以实现较低转速的原地转向，且能够保持旋转中心位于车体的几何中心。
[0078]
另外，如图4所示，本发明还提供了一种原地转向控制装置，包括：获取模块1、控制模块2：
[0079]
其中，获取模块1，用于在六轮移动机器人原地转向的情况下，当所述第一侧轮和第二侧轮所含有后转向轮达到预设偏向转角角度，实时获取所述第一侧轮和第二侧轮的实时运动速度；；
[0080]
控制模块2，用于确定所述第一侧轮的实时运动速度大于所述第二侧轮的实时运动速度的情况下，基于所述第一侧轮的实时运动速度控制所述第二侧轮的实时运动速度，否则，基于所述第二侧轮的实时运动速度控制所述第一侧轮的实时运动速度；
[0081]
所述预设偏向转角角度满足：
[0082][0083]
其中，所述θ为前、后转向轮的偏向转角角度，l为轴距，w为轮距。
[0084]
其中，所述六轮移动机器人还具有第一中间轮和第二中间轮，所述第一中间轮位于所述第一侧轮含有的前转向轮和后转向轮之间，所述第二中间轮位于所述第二侧轮含有的前转向轮和后转向轮之间，所述获取模块，具体用于实时采集第一中间轮的实时运动速度和第二中间轮的实时运动速度，定义所述第一中间轮的实时运动速度为第一侧轮的实时运动速度，定义所述第二中间轮的实时运动速度为第二侧轮的实时运动速度。
[0085]
所述第一中间轮的实时运动速度为安装在所述第一中间轮上的转速传感器所采集的实时运动速度；
[0086]
所述第二中间轮的实时运动速度为安装在所述第二中间轮上的转速传感器所采集的实时运动速度。
[0087]
根据所述输出转矩值，调整前后轮的输出转矩，实现原地转向。
[0088]
另外，本发明还提供了一种原地转向控制系统，包括六轮移动机器人、测速组件以及控制器，所述六轮移动机器人具有第一侧轮和第二侧轮，所述第一侧轮和第二侧轮均包括前转向轮、中间轮和后转向轮；
[0089]
所述控制器与所述测速组件通信，所述测速组件用于采集第一侧轮的实时运动速度和第二侧轮的实时运动速度；
[0090]
所述控制器与所述六轮移动机器人通信，所述控制器用于基于上述原地转向控制方法，控制所述第一侧轮和/或第二侧轮的运动速度。
[0091]
所述六轮移动机器人还具有第一中间轮和第二中间轮，所述第一中间轮位于所述第一侧轮含有的前转向轮和后转向轮之间，所述第二中间轮位于所述第二侧轮含有的前转向轮和后转向轮之间；
[0092]
所述速度检测组件包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器设在所述第一中间轮上，所述第二传感器设在所述第二中间轮上，所述第一速度传感器和所述第二速度传感器与所述控制器通信。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
[0093]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0094]
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。