1.一种移动机器人的高效性局部路径控制方法,所述移动机器人的底盘安装有陀螺仪以及相对布置的左右轮,并且左右轮上分别安装有独立的霍尔传感器,其特征在于,所述移动机器人的高效性局部路径控制方法包括:
步骤s1、获取移动机器人转弯时的旋转中心到左右轮的轮轴中心的距离作为移动机器人的转弯半径;
步骤s2、基于霍尔传感器计算移动机器人的左右轮的里程值,并通过陀螺仪采集移动机器人的航向角;
步骤s3、根据移动机器人的左右轮的里程值和航向角实现局部路径控制,包括以下步骤:
步骤s31、将移动机器人等效为左右轮的轮轴中心,且令移动机器人目前处于o0点,获取移动机器人的目标点t点,t点与o0点偏航角的差为α0,距离为d0;
步骤s32、建立以机器人朝向为y轴正方向、左右轮的轴线为x轴,且x轴的正方向为从左轮指向右轮的坐标系,以o0点为移动机器人的运动起始点,以旋转中心为圆心c,以转弯半径为半径r作移动机器人的虚拟转弯圆,连接t点与o0点记为线l0,作线l0的平行线l1交虚拟转弯圆于点o1,控制移动机器人沿虚拟转弯圆由o0点运行至o1点,连接虚拟转弯圆的圆心c与o1点记为线lr,由于线l1是虚拟转弯圆的切线,因此线l1垂直于线lr,同时又因为线l1平行于线l0,因此线l0垂直于线lr,则o0点至o1点的旋转角度为α0,因此可得:
线l0与线lr的交点o到起始点o0的距离为l0:
l0=sinα0·r
连接t点与o点的线段to的长度l1为:
l1=d0-l0=d0-sinα0·r
连接o1点与o点的线段o1o的长度l2为:
l2=r-cosα0·r
因此连接t点与o1点的线段to1的距离d1为:
由于线l0平行于线l1,因此线l1与线段to1的夹角α1等于线段to1的与线段to的夹角β,有:
步骤s33、判断夹角α1是否小于阈值δα,若是则控制移动机器人基于里程值由o1点起直线运动距离d1到达目标点t点;否则将o1点作为新的o0点、夹角α1作为t点与新的o0点偏航角的差α0、距离d1作为新的距离d0重新执行步骤s32直至夹角α1小于阈值δα。
2.如权利要求1所述的移动机器人的高效性局部路径控制方法,其特征在于,所述获取机器人转弯时的旋转中心到左右轮的轮轴中心的距离作为移动机器人的转弯半径,包括:
令g为旋转中心,在k时刻,左右轮位置分别为a1、b1,左右轮的轮轴中心的位置为z1,在k+1时刻,左右轮位置分别为a2、b2,左右轮的轮轴中心的位置为z2,则k+1时刻移动机器人相对k时刻的位置绕旋转中心g旋转了α度,左右轮前进距离分别为l1、l2,定义转弯半径r为旋转中心g和左右轮的轮轴中心z1的距离,则有:
两式相加得:
两式相减得:
因此得到转弯半径r为:
式中,w为移动机器人的底盘的宽,即为a1和b1的距离。
3.如权利要求1所述的移动机器人的高效性局部路径控制方法,其特征在于,所述基于霍尔传感器计算移动机器人的左右轮的里程值,包括:
定时读取霍尔传感器上传的累计的霍尔信号变化次数m;
根据累计的霍尔信号变化次数m计算里程值l为:
式中,m为左右轮的电机旋转一圈对应的霍尔信号变化次数,k为左右轮的减速比,r为左右轮的轮胎的半径。
4.如权利要求1所述的移动机器人的高效性局部路径控制方法,其特征在于,所述控制移动机器人沿虚拟转弯圆由o0点运行至o1点,包括:
令目标点t点的偏航角为δm,控制左右轮的电机输出速度使移动机器人由o0点起沿虚拟转弯圆开始运动,同时在运动过程中实时采集陀螺仪测量得到的航向角,直至陀螺仪测量的航向角与偏航角δm相同则认为移动机器人到达o1点。
5.如权利要求1所述的移动机器人的高效性局部路径控制方法,其特征在于,控制移动机器人由o1点起直线运动距离d1到达目标点t点,包括:
令目标点t点的偏航角为δm,当前陀螺仪采集到的航向角为δn,若δm>δn时,即移动机器人左偏,此刻加大左轮对应的电机输出速度;若δm<δn时,即移动机器人右偏,此刻加大右轮对应的电机输出速度,若δm=δn时,则保持左轮和右轮对应的电机输出速度不变。