全向移动机器人、其运动学解算与控制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种全向移动机器人、其运动学解算与控制方法和装置。所述解算与控制方法包括：1)解算获得所述解耦式主动万向脚轮的目标偏转角度；2)获取所述解耦式主动万向脚轮的实际偏转角度；3)计算所述目标偏转角度与实际偏转角度的偏差角度；4)当所述偏差角度的绝对值在π/2以上时，以预设时长提前使所述解耦式主动万向脚轮以预设偏转速度向所述目标偏转角度进行偏转。本发明专利技术所提供的全向移动机器人的运动学解算与控制方法通过判断需偏转的偏差角度的大小从而控制解耦式主动万向脚轮提前以预设偏转速度偏转，避免了移动机器人发生轮子突然转向，或者控制方向不准的情况，从而避免了全向移动机器人精度降低或者振动的发生。生。生。

【技术实现步骤摘要】
全向移动机器人、其运动学解算与控制方法和装置


[0001]本专利技术属于机器人
，涉及一种解耦式全向移动机器人，具体涉及一种全向移动机器人、其运动学解算与控制方法和装置。

技术介绍

[0002]与传统的移动移动机器人相比，解耦式全向移动机器人能够实现全向移动的功能，具有灵活度高，能在不同的狭窄的区域内移动等特点，因此在仓储物流，机械制造，军事等领域有广泛应用。
[0003]与传统的移动机器人不同，为实现全向运动，该类型的机器人通常是通过调整底盘上各个车轮的偏转方位来实现全向移动的，而调整底盘上的车轮的偏转方位则需要通过运动学的解算来实现。
[0004]对于此类机器人，进行运动学解算时，在部分位置会发生奇异现象，即从移动机器人的速度空间到关节空间映射时，关节空间存在多解的情况，如果运动学解选择不当，则会导致移动机器人发生轮子突然转向，或者控制方向不准的情况，从而导致移动机器人精度降低或者振动的发生。因此，如何避免上述现象成为了本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种全向移动机器人、其运动学解算与控制方法和装置。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种全向移动机器人的运动学解算与控制方法，所述全向移动机器人包括多个解耦式主动万向脚轮，所述运动学解算与控制方法包括：
[0008]1)解算获得所述解耦式主动万向脚轮的目标偏转角度；r/>[0009]2)获取所述解耦式主动万向脚轮的实际偏转角度；
[0010]3)计算所述目标偏转角度与实际偏转角度的偏差角度；
[0011]4)当所述偏差角度的绝对值在π/2以上时，以预设时长提前使所述解耦式主动万向脚轮以预设偏转速度向所述目标偏转角度进行偏转。
[0012]第二方面，本专利技术还提供一种全向移动机器人的运动学解算与控制装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行上述运动学解算与控制方法的步骤。
[0013]第三方面，本专利技术还提供一种全向移动机器人，包括机器人底盘、解耦式主动万向脚轮以及上述运动学解算与控制装置；
[0014]所述解耦式主动万向脚轮设置于所述机器人底盘上，且能够受所述运动学解算与控制装置的控制，相对于所述机器人底盘偏转以及滚动。
[0015]基于上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少包括：
[0016]本专利技术所提供的全向移动机器人的运动学解算与控制方法通过判断需偏转的偏
差角度的大小从而控制解耦式主动万向脚轮提前以预设偏转速度偏转，避免了移动机器人发生轮子突然转向，或者控制方向不准的情况，从而避免了全向移动机器人精度降低或者振动的发生。
[0017]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合详细附图说明如后。
附图说明
[0018]图1是本专利技术一典型实施案例提供的解耦式主动万向脚轮的的结构示意图；
[0019]图2是本专利技术一典型实施案例提供的全向移动机器人的结构示意图；
[0020]图3是本专利技术一典型实施案例提供的全向移动机器人的运动学解算与控制方法的流程示意图；
[0021]附图标记说明：10、轮架；11、轴架；12、滚轮；13、转向驱动电机；14、滚动驱动电机；15、差速器；
[0022]20、机器人底盘。
具体实施方式
[0023]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，可以被概括为：建立解耦式全向移动机器人的逆运动学模型，该模型计算简单清晰，为后续的控制方法打好基础。在获得工作空间速度后，根据逆运动学预测出四个脚轮到达目标位置的角度；当预测的位置与实际的偏转位置相差角度大于π/2，且主动万向脚轮的转向速度在一个设定的极限范围内时，提前给主动万向脚轮偏转电机发送一个较小速度，让其提前转向，从而避免了在速度较大情况下发生偏转电机突然转向的情况，从而减少移动机器人发生突然振动的可能性。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0024]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0025]而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件或方法步骤区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件或方法步骤之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0026]首先请参见图1
‑
图3，本专利技术实施例提供一种全向移动机器人的运动学解算与控制方法，所述全向移动机器人包括多个解耦式主动万向脚轮，所述运动学解算与控制方法包括如下的步骤：
[0027]1)解算获得所述解耦式主动万向脚轮的目标偏转角度。
[0028]2)获取所述解耦式主动万向脚轮的实际偏转角度。
[0029]3)计算所述目标偏转角度与实际偏转角度的偏差角度。
[0030]4)当所述偏差角度的绝对值大于π/2时，提前预设时长使所述解耦式主动万向脚轮以预设偏转速度向所述目标偏转角度进行偏转，其中，所述预设时长＝(所述偏差角度的
绝对值
‑
π/2)/预设偏转速度。
[0031]上述运动学解算与控制方法主要用于带有偏置的解耦式主动万向脚轮提高其运动平稳性，当然，如下述，也可以用于无偏置的解耦式主动万向脚轮，所述全向移动机器人采用至少两个解耦式主动万向脚轮，作为一些具体的应用示例，所述的运动学算法可以包括：根据带有脚轮偏置的全向移动机器人建立全向移动机器人的逆运动学模型并根据逆运动学模型解算出四个脚轮到达目标位置的角度；当计算出的理论目标位置与脚轮实际当前位置偏差大于π/2，提前给解耦式主动万向脚轮的偏转电机发送一个根据偏差方向的较小的偏转速度值。采用该预测与控制的方法可避免此类型全向移动机器人在低速时脚轮不发生偏转，而当车体运行至较高速度时偏转轮突然发生转向的情况。
[0032]当解耦式主动万向脚轮偏转到某一位置时，而此时给定的速度方向如果跟目前万向轮偏转的方向正好形成的角度为π时，此时是一个奇异点，本专利技术提供的解算与控制方法可让全向移动机器人的解耦式主动万向脚轮提前避开这个奇异点。
[0033]本专利技术提供的所述运动学解算与控制方法能够使全向移动机器人获得各种运动状态的指令后，总能保证解耦式主动万向脚轮转到全向移动机器人运动的反方向，该方法可提高移动机器人的稳定性，算法简单易实施。
[0034]在一些实施方案中，在步骤1)中可以根据所述全向移动机器人的当前位置与目标位置，利用逆运动学模型解算得到所述解耦式主动万向脚轮的目标偏转角度。
[0035]在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全向移动机器人的运动学解算与控制方法，所述全向移动机器人具有多个解耦式主动万向脚轮，其特征在于，所述运动学解算与控制方法包括：1)解算获得所述解耦式主动万向脚轮的目标偏转角度；2)获取所述解耦式主动万向脚轮的实际偏转角度；3)计算所述目标偏转角度与实际偏转角度的偏差角度；4)当所述偏差角度的绝对值大于π/2时，提前预设时长使所述解耦式主动万向脚轮以预设偏转速度向所述目标偏转角度进行偏转，其中，所述预设时长＝(所述偏差角度的绝对值
‑
π/2)/预设偏转速度。2.根据权利要求1所述的运动学解算与控制方法，其特征在于，步骤1)中根据所述全向移动机器人的当前位置与目标位置，利用逆运动学模型解算得到所述解耦式主动万向脚轮的目标偏转角度。3.根据权利要求2所述的运动学解算与控制方法，其特征在于，所述全向移动机器人包括呈矩形设置的多个解耦式主动万向脚轮，所述逆运动学模型采用如下的计算方法进行解算：利用运动学方程方程获得所述目标偏转角度的求解公式其中，R代表所述解耦式主动万向脚轮的半径，B代表所述解耦式主动万向脚轮的偏置距离，代表所述目标偏转角度，V
x
代表所述全向移动机器人在x轴方向上的移动速度，V
y
代表所述移动机器人在y轴方向上的移动速度，H代表对角设置的所述解耦式主动万向脚轮的安装点间距的一半，ω是所述全向移动机器人的旋转角速度，β代表所述矩形的长宽比；优选的，所述解耦式主动万向脚轮的偏置距离B的取值范围为非负值。4.根据权利要求1所述的运动学解算与控制方法，其特征在于，所述解耦式主动万向脚轮的偏转角度由转向驱动电机控制，步骤2)中，实时测量所述转向驱动电机的位置角度，并基于所述位置角度计算所述实际偏转角度。5.根据权利要求1所述的运动学解算与控制方法，其特征在于，步骤3)中，所述偏差角度等于所述目标偏转角度与实际偏转角度相减。6.根据权利要求1所述的运动学解算与控制方法，其特征在于，步骤4...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑天江，李齐，刘强，杨桂林，张驰，邵兵兵，李宁博，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：