一种移动机器人速度平滑插值方法技术

本发明专利技术公开了一种移动机器人速度平滑插值方法，包括以下步骤，建立插值函数模型；对所述插值函数模型进行优化处理得到速度控制曲线模型；将优化处理后的所述速度控制曲线模型与所述移动机器人当前状态结合得到电机所需的控制量模型；根据不同移动平台的控制频率提前计算出能够选取的插值量。本发明专利技术的有益效果：一是使用灵活，能够根据不同平台灵活选取插值点进行控制量计算；二是能够有效提升手动操作模式下移动机器人的运动性能，避免启停剧烈造成的危险；三是对于运行速度越高的移动机器人，插值效果越明显。

A smoothing interpolation method for mobile robots

The invention discloses a speed smoothing interpolation method for a mobile robot, which comprises the following steps of establishing an interpolation function model, optimizing the interpolation function model to obtain a speed control curve model, and combining the optimized speed control curve model with the current state of the mobile robot to obtain a motor. The required control model; according to the control frequency of different mobile platforms can be calculated in advance to select the interpolation. The invention has the advantages of flexible use, flexible selection of interpolation points according to different platforms for control quantity calculation, effective improvement of mobile robot's motion performance in manual operation mode and avoidance of danger caused by severe start-stop, and the higher the running speed of mobile robot, the better the interpolation effect. Obviously.

【技术实现步骤摘要】
一种移动机器人速度平滑插值方法
本专利技术涉及移动机器人的
，尤其涉及一种移动机器人速度平滑插值方法。
技术介绍
现有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，上位机经过运动学计算将控制速度发送给下位机，下位机不时读取设备状态数据，转换成数字信号反馈给上位机。而移动机器人的运动模式通常包括自主导航和手动操作两种方式；自主导航时，控制速度由上位机进行计算并发送；手动操作则是为了满足一些特殊情况，人为的操控移动机器人的运动。手动操作时，通常需要完成移动机器人的起步、停止、转弯操作。目前，多采用固定的加速度进行手动操作来实现上述三个功能。对于低惯量移动机器人，其速度基本能瞬间达到目标速度，启停剧烈造成车体抖动；然而，对于一些装载有机械手的或者惯量较大的移动机器人，上述现象就显得十分危险，因此需要采取合适的措施避免启停剧烈的现象。目前在工业机器人领域，对速度插值的研究已经诞生多种类型的插值函数，但在移动机器人领域这一片内容尚属空白，并且现有曲线速度控制方法用于手动操作下的机械臂单轴控制，将其加速和减速过程各分为三段进行区分，最后采用线性化后的加速度进行机械臂的控制。上述操作通过对电机脉冲数计算来判断加减速过程，对移动机器人来讲，由于控制速度的发送基于车体中心坐标系，并无装置可以提供上述脉冲数。
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。鉴于上述现有移动机器人存在的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术目的是提供一种手动操作模式下的移动机器人速度插值方法，根据移动机器人的运动需求，提出采用S型插值函数进行移动机器人的手动操作速度控制，避免移动机器人手动操作模式下启停剧烈的现象。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种移动机器人速度平滑插值方法，包括以下步骤，建立插值函数模型；对所述插值函数模型进行优化处理得到速度控制曲线模型；将优化处理后的所述速度控制曲线模型与所述移动机器人当前状态结合得到电机所需的控制量模型；根据不同移动平台的控制频率提前计算出能够选取的插值量，并将选取的插值量直接代入所述控制量模型中计算，将计算结果应用于移动机器人速度控制系统中。作为本专利技术所述的移动机器人速度平滑插值方法的一种优选方案，其中：所述建立插值函数模型为S型函数，且函数模型：作为本专利技术所述的移动机器人速度平滑插值方法的一种优选方案，其中：所述优化处理还包括在一定的范围内对所述插值函数模型进行归一化，使其值域处于[0,1]，定义域处于[0,1]，并同时满足下列条件：作为本专利技术所述的移动机器人速度平滑插值方法的一种优选方案，其中：采取缩放法进行归一化处理，并满足上述条件，且还包括以下步骤，假设所述插值函数模型通过横坐标与纵坐标平移与缩放得到所需函数模型如下：其中，参数a决定横坐标缩放尺度，k与放大倍数有关，b与相位有关，c与截距相关。作为本专利技术所述的移动机器人速度平滑插值方法的一种优选方案，其中：当a∈[8,12]时曲线走势较为合理，选取a＝10作为研究对象，进行函数模型的处理。最终函数经归一化后得到速度控制曲线模型为：作为本专利技术所述的移动机器人速度平滑插值方法的一种优选方案，其中：将所述速度控制曲线模型与移动机器人当前状态结合得到电机的控制量模型，包括以下步骤，假设移动机器人当前反馈速度为vi，对应控制量ui，下一时刻由上位机发送来的速度为vi+1，对应控制量ui+1；则在下一阶段采样时间t内有，u(t)＝u(i)+[u(i+1)-u(i)]·σ(t)＝[1-σ(t)]·u(i)+σ(t)·u(i+1)且如果当u(i)＝0，上式直接简化为u(t)＝σ(t)·u(i+1)。作为本专利技术所述的移动机器人速度平滑插值方法的一种优选方案，其中：所述根据不同移动平台控制频率提前计算出能够选取的所述插值量，根据不同平台能够灵活变通，且该步骤中还包括将初始的插值量适当增加。作为本专利技术所述的移动机器人速度平滑插值方法的一种优选方案，其中：当移动平台控制频率为4Hz时能够选取的插值量为σ(0.4)＝0.27、σ(0.5)＝0.5、σ(0.7)＝0.89、σ(1)＝1。作为本专利技术所述的移动机器人速度平滑插值方法的一种优选方案，其中：对所述速度控制曲线模型进行求导，其一阶导数和二阶导数均表现出很好的连续性，对控制系统非常友好。作为本专利技术所述的移动机器人速度平滑插值方法的一种优选方案，其中：所述控制频率越高，速度越平滑，移动机器人的运动越平稳，且对于运行速度越高的移动机器人，插值效果越明显。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种移动机器人速度平滑插值方法，一是使用灵活，能够根据不同平台灵活选取插值点进行控制量计算；二是能够有效提升手动操作模式下移动机器人的运动性能，避免启停剧烈造成的危险；三是对于运行速度越高的移动机器人，插值效果越明显。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S型函数曲线图；图2为本专利技术S型函数曲线经过归一化处理后得到的速度控制曲线图；图3为本专利技术速度控制曲线模型的一阶导数图；图4为本专利技术速度控制曲线模型的二阶导数图；图5为本专利技术移动机器人的控制系统架构示意图。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，显然所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术的保护的范围。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。再其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。同时在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本专利技术中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动机器人速度平滑插值方法，其特征在于：包括以下步骤，建立插值函数模型；对所述插值函数模型进行优化处理得到速度控制曲线模型；将优化处理后的所述速度控制曲线模型与所述移动机器人当前状态结合得到电机所需的控制量模型；根据不同移动平台的控制频率提前计算出能够选取的插值量，并将选取的插值量直接代入所述控制量模型中计算，将计算结果应用于移动机器人速度控制系统中。

【技术特征摘要】
1.一种移动机器人速度平滑插值方法，其特征在于：包括以下步骤，建立插值函数模型；对所述插值函数模型进行优化处理得到速度控制曲线模型；将优化处理后的所述速度控制曲线模型与所述移动机器人当前状态结合得到电机所需的控制量模型；根据不同移动平台的控制频率提前计算出能够选取的插值量，并将选取的插值量直接代入所述控制量模型中计算，将计算结果应用于移动机器人速度控制系统中。2.如权利要求1所述的移动机器人速度平滑插值方法，其特征在于：所述建立插值函数模型为S型函数，且函数模型：3.如权利要求2所述的移动机器人速度平滑插值方法，其特征在于：所述优化处理还包括在一定的范围内对所述插值函数模型进行归一化，使其值域处于[0,1]，定义域处于[0,1]，并同时满足下列条件：4.如权利要求2或3所述的移动机器人速度平滑插值方法，其特征在于：采取缩放法进行归一化处理，并满足上述条件，且还包括以下步骤，假设所述插值函数模型通过横坐标与纵坐标平移与缩放得到所需函数模型如下：其中，参数a决定横坐标缩放尺度，k与放大倍数有关，b与相位有关，c与截距相关。5.如权利要求4所述的移动机器人速度平滑插值方法，其特征在于：当a∈[8,12]时曲线走势较为合理，选取a＝10作为研究对象，进行函数模型的处理。最终函数经归一化后得到速度控制曲线模型为：6.如权利要求5所述的移动机...

【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