一种加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法技术

本发明专利技术公开了一种加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法，包括，(1)建立移动机器人运动模型；(2)建立移动机器人目标增量模型；(3)建立移动机器人人为设定逐步加速限制增量模型；(4)建立移动机器人速度插值模型；本发明专利技术提供一种加速度上限可变的速度插值方法，用于优化移动机器人的控制速度；其针对控制速度进行优化，而不干涉控制速度的解算，与上位机具有很好的兼容性；通过对控制速度进行插值处理，改善由于控制速度被截断导致的轨迹偏离问题，改善运动过程中的滑移和抖动现象。

A velocity interpolation method for differential drive mobile robot with variable acceleration upper limit

The invention discloses a speed interpolation method for a differentially driven mobile robot with variable acceleration upper limit, which comprises: (1) establishing a motion model of the mobile robot; (2) establishing an incremental target model of the mobile robot; (3) establishing an incremental model for the artificial setting of a step-by-step acceleration limit of the mobile robot; (4) establishing a speed interpolation model of the mobile robot. The invention provides a speed interpolation method with variable upper acceleration limit for optimizing the control speed of a mobile robot, which is compatible with the upper computer by optimizing the control speed without interfering with the calculation of the control speed, and improves the control speed by interpolating the control speed. Truncation leads to trajectory deviation and improves slip and jitter during motion.

【技术实现步骤摘要】
一种加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法
本专利技术涉及的移动机器人
，尤其涉及一种加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法。
技术介绍
移动机器人的控制系统一般分为两部分，负责数据运算的上位机和负责轮速控制的下位机。上位机经过运动学结算将控制速度发送给下位机。一般来讲，上位机发送的控制速度并不是移动机器人实际的轮速，而是移动机器人车体中心坐标系应该达到的速度。将移动机器人车体中心坐标系的速度折算到各个轮子上时会出现较大差异；对依靠滑移进行转向的差分驱动移动机器人，往往会出现抖动和轨迹偏移等现象，影响移动机器人的轨迹精度和运动表现。导航中，针对移动机器人运动过程中偏离轨迹的情况，通过计算偏离角度决定是采用原地转弯进行修正，还是放弃任务重新进行路径规划。可见，不受控制的轨迹偏离对移动机器人的运动规划效率和实际运动表现具有重要影响。传统方法采用固定的加速度上限对上位机发送的控制速度进行限制，超过上限的部分将被截取舍去，从而避免移动机器人运动时产生过大的加速度。经过上述限制后，若控制速度的线速度或角速度发生变化，移动机器人的旋转半径也势必发生变化，从而偏离目标轨迹。除此之外，虽然上位机发送的控制速度经过加速度限制进行过优化，但折算到各个轮子上的表现效果并不理想，还需要进一步对加速度进行限制，改善转向过程中由于滑移造成的抖动问题。
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。鉴于上述现有加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法存在的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术目的是提供一种加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法，其针对控制速度进行优化，而不干涉控制速度的解算，与上位机具有很好的兼容性；通过对控制速度进行插值处理，改善由于控制速度被截断导致的轨迹偏离问题，改善运动过程中的滑移和抖动现象。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法，包括，(1)建立移动机器人运动模型建立2D工作环境的移动机器人运动模型，所述移动机器人以一定的控制速度沿着半径为r的圆弧运动，所述控制速度包含x轴方向的线速度和绕z轴的旋转角速度，即(v,ω)，则移动机器人的控制速度相对于运动圆弧r关系为：(2)建立移动机器人目标增量模型设移动机器人目标增量为(vinc,ωinc)，所述目标增量与控制速度关系为：其中，(v1,ω1)与(v3,ω3)分别为所述移动机器人沿圆弧运动半径r的当前控制速度和目标控制速度；(3)建立移动机器人人为设定逐步加速限制增量模型设人为设定逐步加速限制增量为(νm-inc,ωm-inc)，所述人为设定逐步加速限制增量与控制速度关系为：νm-inc＝ν2-ν1，ωm-inc＝ω2-ω1其中，(v2,ω2)为所述移动机器人沿圆弧运动半径r的逐步移动控制速度；(4)建立移动机器人速度插值模型根据增量建立直角三角形模型，可得人为设定逐步加速限制增量(νm-inc,ωm-inc)和目标增量(vinc,ωinc)正切角分别为：当θinc＜θm-inc时，为了避免ωinc被截断，保持νm-inc不变，对ωm-inc进行缩放，根据相似三角形法则：则根据缩放后的增量限制对移动机器人的控制速度进行插值，所述移动机器人速度插值为当θinc＞θm-inc时，保证vinc不会产生截断误差，保持ωm-inc不变，对νm-inc进行缩放，根据相似三角形法：则根据缩放后的增量限制对移动机器人的控制速度进行插值，所述移动机器人速度插值为作为本专利技术所述加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法的一种优选方案，其中：所述加速限制增量(νm-inc,ωm-inc)通过手动测试确定。作为本专利技术所述加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法的一种优选方案，其中：所述θinc＜θm-inc，所述移动机器人逐步移动控制速度为作为本专利技术所述加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法的一种优选方案，其中：所述θinc＞θm-inc，所述移动机器人逐步移动控制速度为作为本专利技术所述加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法的一种优选方案，其中：所述人为设定逐步加速限制增量正切角θm-inc与目标增量正切角θinc的计算和对比通过移动机器人的嵌入式Linux平台实现。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种加速度上限可变的速度插值方法，用于优化移动机器人的控制速度；其针对控制速度进行优化，而不干涉控制速度的解算，与上位机具有很好的兼容性；通过对控制速度进行插值处理，改善由于控制速度被截断导致的轨迹偏离问题，改善运动过程中的滑移和抖动现象。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本专利技术加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法第一个实施例的移动机器人运动模型示意图。图2为本专利技术加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法第一个实施例所述的θinc＜θm-inc构建的相似三角形示意图。图3为本专利技术加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法第一个实施例所述的θinc＞θm-inc构建的相似三角形示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。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其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。参照图1，为本专利技术第一个实施例，提供了一种加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法的移动机器人运动模型示意图，如图1，一种加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法包括一种加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法，包括以下步骤：(1)建立移动机器人运动模型建立2D工作环境的移动机器人运动模型，移动机器人以一定的控制速度沿着半径为r的圆弧运动，控制速度包含x轴方向的线速度和绕z轴的旋转角速度，即(v,ω)，则移动机器人的控制速度相对于运动圆弧r关系为：(2)建立移动机器人目标增量模型设移动机器人目标增量为(vinc,ωinc)，目标增量与控制速度关系为：其中，(v1,ω1)与(v3,ω3)分别为移动机器人沿圆弧运动半径r的当前控制速度和目标控制速度；(3)建立移动机器人人为设定逐步加速限制增量模型设人为设定逐步加速限制增量为(νm-inc,ωm-inc)，人为设定逐步加速限制增量与控制速度关系为：νm-inc＝ν2-ν1，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法，其特征在于：包括，(1)建立移动机器人运动模型建立2D工作环境的移动机器人运动模型，所述移动机器人以一定的控制速度沿着半径为r的圆弧运动，所述控制速度包含x轴方向的线速度和绕z轴的旋转角速度，即(v,ω)，则移动机器人的控制速度相对于运动圆弧r关系为：

【技术特征摘要】
1.一种加速度上限可变的差分驱动移动机器人速度插值方法，其特征在于：包括，(1)建立移动机器人运动模型建立2D工作环境的移动机器人运动模型，所述移动机器人以一定的控制速度沿着半径为r的圆弧运动，所述控制速度包含x轴方向的线速度和绕z轴的旋转角速度，即(v,ω)，则移动机器人的控制速度相对于运动圆弧r关系为：(2)建立移动机器人目标增量模型设移动机器人目标增量为(vinc,ωinc)，所述目标增量与控制速度关系为：其中，(v1,ω1)与(v3,ω3)分别为所述移动机器人沿圆弧运动半径r的当前控制速度和目标控制速度；(3)建立移动机器人人为设定逐步加速限制增量模型设人为设定逐步加速限制增量为(νm-inc,ωm-inc)，所述人为设定逐步加速限制增量与控制速度关系为：νm-inc＝ν2-ν1，ωm-inc＝ω2-ω1其中，(v2,ω2)为所述移动机器人沿圆弧运动半径r的逐步移动控制速度；(4)建立移动机器人速度插值模型根据增量建立直角三角形模型，可得人为设定逐步加速限制增量(νm-inc,ωm-inc)和目标增量(vinc,ωinc)正切角分别为：当θinc＜θm-inc时，为了避免ωi...

【专利技术属性】
技术研发人员：平雪良，高文研，刘潇潇，王昕煜，蒋毅，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32