一种机器人的运动控制方法技术

本发明专利技术公开了一种机器人的运动控制方法，包括：步骤一、通过多个测距传感器监测所述机器人运行过程中是否有障碍物，当其中任一所述测距传感器监测到所述机器人在运行过程中有障碍物时，采集所述机器人的运行速度，所述机器人与障碍物之间的距离，多个舵机转速；步骤二、根据所述运行速度、所述距离和所述舵机转速对所述舵机的调节系数进行控制；步骤三、根据所述调节系数对所述机器人是否发生碰撞进行判断；步骤四、当判断所述机器人发生碰撞时，对机器人发出停止信号或者避障转弯信号，当判断所述机器人不发生碰撞时，对机器人发出继续前进信号。

A method of robot motion control

【技术实现步骤摘要】
一种机器人的运动控制方法
本专利技术涉及机器人避障
，尤其涉及一种机器人的运动控制方法。
技术介绍
机器人是由计算机控制的复杂机器，它具有类似人的肢体及感官功能；动作程序灵活；有一定程度的智能；在工作时可以不依赖人的操纵。机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用，正因为有了传感器，机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力。为了检测作业对象及环境或机器人与它们的关系，在机器人上安装了触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器、超声波传感器和听觉传感器等，大大改善了机器人工作状况，使其能够更充分地完成复杂的工作。由于外部传感器为集多种学科于一身的产品，有些方面还在探索之中，随着外部传感器的进一步完善，机器人的功能越来越强大，将在许多领域为人类做出更大贡献，更好的控制机器人行驶路线，尤其在安全领域的控制也是研究的方向之一。
技术实现思路
本专利技术设计开发了一种机器人的运动控制方法，本专利技术的专利技术目的之一是通过对机器人的运行速度监测和与障碍物之间的距离监测等，通过对舵机转速的调节，解决机器人在运行过程中的避障问题。本专利技术提供的技术方案为：一种机器人的运动控制方法，包括如下步骤：步骤一、通过多个测距传感器监测所述机器人运行过程中是否有障碍物，当其中任一所述测距传感器监测到所述机器人在运行过程中有障碍物时，采集所述机器人的运行速度，所述机器人与障碍物之间的距离，多个舵机转速；步骤二、根据所述运行速度、所述距离和所述舵机转速对所述舵机的调节系数进行控制；步骤三、根据所述调节系数对所述机器人是否发生碰撞进行判断；步骤四、当判断所述机器人发生碰撞时，对机器人发出停止信号或者避障转弯信号，当判断所述机器人不发生碰撞时，对机器人发出继续前进信号。优选的是，在所述步骤一中，所述舵机包括：第一舵机，其安装在所述机器人顶部；第二舵机，其安装在所述机器人中心位置；第三舵机，其安装在所述机器人距离底部10cm～25cm处；以及所述测距传感器包括：第一测距传感器，其安装在所述第一舵机的输出轴上，由所述第一舵机控制所述第一测距传感器的水平转角，使所述第一测距传感器能够沿水平方向监测与障碍物的距离；第二测距传感器，其安装在所述第二舵机的输出轴上，由所述第二舵机控制所述第二测距传感器的水平转角，使所述第二测距传感器能够沿水平方向监测与障碍物的距离；第三测距传感器，其安装在所述第三舵机的输出轴上，由所述第三舵机控制所述第三测距传感器的水平转角，使所述第三测距传感器能够沿水平方向监测与障碍物的距离；其中，所述第一测距传感器、所述第二测距传感器和所述第三测距传感器初始运行过程中，测距方向依次相差30°～45°。优选的是，在所述步骤二中，基于BP神经网络对所述第一舵机、所述第二舵机和所述第三舵机的调节系数进行控制，包括如下步骤：步骤1、按照采样周期，采集所述机器人的运行速度V，采集所述机器人与障碍物之间的距离D，采集第一舵机转速ωa、采集第二舵机转速ωb和采集第三舵机转速ωc；步骤2、依次将上述参数进行规格化，确定三层BP神经网络的输入层向量x＝{x1,x2,x3,x4,x5}；其中，x1为运行速度系数、x2为距离系数、x3为第一舵机转速系数、x4为第二舵机转速系数、x5为第三舵机转速系数；步骤3、所述输入层向量映射到中间层，所述中间层向量x＝{y1,x2,…,ym}；m为中间层节点个数；步骤4、得到输出层向量o＝{o1,o2,o3,o4}；o1为第一舵机转速调节系数、o2为第二舵机转速调节系数、o3为第三舵机转速调节系数、o4为紧急停机信号；步骤5、控制第一舵机转速、第二舵机转速和第三舵机转速，使其中，分别为第i次采样周期输出层向量前三个参数，ωa_max、ωb_max、ωc_max、分别为第一舵机、第二舵机和第三舵机设定的最大转速，ωa(i+1)、ωb(i+1)、ωc(i+1)、分别为第i+1个采样周期时第一舵机、第二舵机和第三舵机的设定转速。优选的是，步骤5之后还包括：根据第i次周期中的运行速度、机器人与障碍物之间的距离、多个舵机转速，判定第i+1次周期时舵机的运行状态，当输出信号时，进行骤停。优选的是，在所述步骤三中，所述根据所述调节系数对所述机器人是否发生碰撞进行判断包括如下过程：计算碰撞系数δ当碰撞系数δ≥δ′时，判断机器人会发生碰撞；其中，λ1+λ2＝λ3；式中，V为运行速度，V0为校正运行速度，D为机器人与障碍物之间的距离，D0为机器人与障碍物之间的校正距离，P1为第一校正常数，取值范围为8.13～8.25，P2为第二校正常数，取值范围为0.13～0.19，o1为第一舵机转速调节系数、o2为第二舵机转速调节系数、o3为第三舵机转速调节系数，λ1为第一舵机转速调节系数权重，λ2为第二舵机转速调节系数权重，λ3为第三舵机转速调节系数权重，δ′为碰撞阈值，取值范围为0.56～0.78。优选的是，V0取值为5m/s，D0取值为5m，P1取值为8.2，P2取值为0.15，λ1取值为0.53，λ2取值为0.42，λ3取值为0.95，δ′取值为0.61。优选的是，所述中间层节点个数m满足：其中，n为输入层节点个数，p为输出层节点个数。优选的是，在所述步骤3中，将所述机器人的运行速度V、所述机器人与障碍物之间的距离D、第一舵机转速ωa、第二舵机转速ωb、第三舵机转速ωc进行规格化的公式为：其中，xj为输入层向量中的参数，Xj分别为测量参数V、D、ωa、ωb、ωc，j＝1,2,3,4,5；Xjmax和Xjmin分别为相应测量参数中的最大值和最小值。优选的是，在所述步骤3中，初始运动状态，第一舵机、第二舵机和第三舵机的转速满足经验值：ωa0＝0.75ωa_maxωb0＝0.83ωb_maxωc0＝0.88ωc_max式中，ωa0、ωb0、ωc0分别为第一舵机、第二舵机和第三舵机的初始转速，ωa_max、ωb_max、ωc_max分别为第一舵机、第二舵机和第三舵机的最大转速。优选的是，在所述步骤3中，初始运动状态，第一舵机、第二舵机和第三舵机的转速满足经验值：式中，ωi0为第i舵机的初始转速，ωi_max为第i舵机的最大转速，V为运行速度，V0为校正运行速度，V0取值为5m/s。本专利技术与现有技术相比较所具有的有益效果：本专利技术通过对机器人的运行速度监测和与障碍物之间的距离监测等，通过BP神经网络模型对舵机转速进行调节，再通过计算避障系数进行判断，解决机器人在运行过程中的避障问题。具体实施方式下面对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。本专利技术提供了一种机器人的运动控制方法，包括如下步骤：步骤一、分别通过第一测距传感器、第二测距传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人的运动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、通过多个测距传感器监测所述机器人运行过程中是否有障碍物，当其中任一所述测距传感器监测到所述机器人在运行过程中有障碍物时，采集所述机器人的运行速度，所述机器人与障碍物之间的距离，多个舵机转速；/n步骤二、根据所述运行速度、所述距离和所述舵机转速对所述舵机的调节系数进行控制；/n步骤三、根据所述调节系数对所述机器人是否发生碰撞进行判断；/n步骤四、当判断所述机器人发生碰撞时，对机器人发出停止信号或者避障转弯信号，当判断所述机器人不发生碰撞时，对机器人发出继续前进信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人的运动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、通过多个测距传感器监测所述机器人运行过程中是否有障碍物，当其中任一所述测距传感器监测到所述机器人在运行过程中有障碍物时，采集所述机器人的运行速度，所述机器人与障碍物之间的距离，多个舵机转速；
步骤二、根据所述运行速度、所述距离和所述舵机转速对所述舵机的调节系数进行控制；
步骤三、根据所述调节系数对所述机器人是否发生碰撞进行判断；
步骤四、当判断所述机器人发生碰撞时，对机器人发出停止信号或者避障转弯信号，当判断所述机器人不发生碰撞时，对机器人发出继续前进信号。


2.根据权利要求1所述的机器人的运动控制方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述舵机包括：
第一舵机，其安装在所述机器人顶部；
第二舵机，其安装在所述机器人中心位置；
第三舵机，其安装在所述机器人距离底部10cm～25cm处；以及
所述测距传感器包括：
第一测距传感器，其安装在所述第一舵机的输出轴上，由所述第一舵机控制所述第一测距传感器的水平转角，使所述第一测距传感器能够沿水平方向监测与障碍物的距离；
第二测距传感器，其安装在所述第二舵机的输出轴上，由所述第二舵机控制所述第二测距传感器的水平转角，使所述第二测距传感器能够沿水平方向监测与障碍物的距离；
第三测距传感器，其安装在所述第三舵机的输出轴上，由所述第三舵机控制所述第三测距传感器的水平转角，使所述第三测距传感器能够沿水平方向监测与障碍物的距离；
其中，所述第一测距传感器、所述第二测距传感器和所述第三测距传感器初始运行过程中，测距方向依次相差30°～45°。


3.根据权利要求2所述的机器人的运动控制方法，其特征在于，在所述步骤二中，基于BP神经网络对所述第一舵机、所述第二舵机和所述第三舵机的调节系数进行控制，包括如下步骤：
步骤1、按照采样周期，采集所述机器人的运行速度V，采集所述机器人与障碍物之间的距离D，采集第一舵机转速ωa、采集第二舵机转速ωb和采集第三舵机转速ωc；
步骤2、依次将上述参数进行规格化，确定三层BP神经网络的输入层向量x＝{x1,x2,x3,x4,x5}；其中，x1为运行速度系数、x2为距离系数、x3为第一舵机转速系数、x4为第二舵机转速系数、x5为第三舵机转速系数；
步骤3、所述输入层向量映射到中间层，所述中间层向量x＝{y1,x2,…,ym}；m为中间层节点个数；
步骤4、得到输出层向量o＝{o1,o2,o3,o4}；o1为第一舵机转速调节系数、o2为第二舵机转速调节系数、o3为第三舵机转速调节系数、o4为紧急停机信号；
步骤5、控制第一舵机转速、第二舵机转速和第三舵机转速，使









其中，分别为第i次采样周期输出层向量前三个参数，ωa_max、ωb_max、ωc_max、分别为第一舵机、第二舵机和第三舵机设定的最大转速，ωa(i+1)、ωb(i+1)、ω...

【专利技术属性】
技术研发人员：田佳，王彬，方健，李炜，
申请(专利权)人：吉林工程技术师范学院，
类型：发明
国别省市：吉林;22