一种小型可组合移动机器人及其混合控制方法技术

本发明专利技术属于机器人技术领域，主要涉及一种小型可组合移动机器人及其混合控制方法，包括电源系统、工控机、STM32底盘系统、遥控器收发模块、直流无刷电机模块、无线自组网模块、辅助轮起落架舵机模块、机器人俯仰舵机模块、落锁模块，可组合移动机器人底盘由遥控器模块、跟踪微分器模块、电机编码器模块、PID控制模块、主从控制模块、上位机与底盘数据解析的ROS节点组成。本发明专利技术可组合移动机器人根据实时地形情况，可实现灵活多样化的形态调整与匹配，使得轮式机器人的越障能力显著提升。

【技术实现步骤摘要】
一种小型可组合移动机器人及其混合控制方法
本专利技术属于机器人
，具体涉及一种小型可组合移动机器人及其混合控制方法。
技术介绍
智能移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。根据移动方式来分，可分为：轮式移动机器人、步行移动机器人(单腿式、双腿式和多腿式)、履带式移动机器人、爬行机器人、蠕动式机器人和游动式机器人等类型；按工作环境来分，可分为：室内移动机器人和室外移动机器人；按控制体系结构来分，可分为:功能式(水平式)结构机器人、行为式(垂直式)结构机器人和混合式机器人；按功能和用途来分，可分为:医疗机器人、军用机器人、助残机器人、清洁机器人等。其中轮式机器人具有移动快速、灵活等特点被广泛应用，但由于其越障能力不足，使其应用价值及范围受到严重影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是：旨在提供一种小型可组合移动机器人及其混合控制方法，用于解决轮式机器人越障能力不足的问题。为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种小型可组合移动机器人，包括：电源系统、工控机、STM32底盘系统、遥控器收发模块、直流无刷电机模块、无线自组网模块、辅助轮起落架舵机模块、机器人俯仰舵机模块、落锁模块。进一步，可组合移动机器人底盘由遥控器模块、跟踪微分器模块、电机编码器模块、PID控制模块、主从控制模块、上位机与底盘数据解析的ROS节点组成。进一步，所述遥控器模块由发射器和接收器组成，并采用DMA中断接收数据的方式进行数据处理，所述遥控器模块的数据处理具体实现如下：A1、当人控制遥控器拨杆发射相应数据时，发射器一直处于一定频率发射信号的状态；A2、STM32底盘系统在初始化串口后开启DMAR接收功能，以一定的频率接收发射器发出的信号；A3、经过DMA的数据接收功能，将从外设接收的数据放入内存中，等待串口中断提示，并进行数据处理；A4、数据处理完成后清空DMA，重新等待数据进入。进一步，所述跟踪微分器为改进型跟踪微分器，具体实现如下：据对象的不同，选取合适的过渡过程v1(t)，将误差变成e＝v1(t)-y，令x1＝v1，输入量为u，则：离散实现形式为：其中T为采样时间；使v1(t)与输入精准对应，采用fst函数，即快速控制最优综合函数，使u＝fst(x1-v,x2,r,h)，此函数是一个非线性函数，其中v为输入信号，r为速度因子，h为滤波因子；令e＝x1-v，得：其中，d＝r·h；d0＝h·d；z＝e+h·x2；改进型跟踪微分器为：h取值范围为0.001～0.1。进一步，所述可组合移动机器人设置有上位机模式、独立遥控模式、跟从模式；在上位机模式下，可组合移动机器人接收上位机发布的速度信息；在独立遥控模式下，可组合移动机器人接收遥控器的速度信息；在跟从模式下，从机可组合移动机器人接收主机可组合移动机器人发布的速度信息。进一步，可组合移动机器人的遥控器模块可切入主从控制模块，将多个可组合移动机器人切换成一个主机其余全为从机，主机只能进入上位机模式或独立遥控模式，并且通过无线自组网模块不断发布自身的速度信息。进一步，所述主从控制模块的数据发送和接收的具体实现如下：B1、主从控制模块将可组合移动机器人设置为主机和从机，并通过遥控器模块进行主从切换；B2、主机的无线数传模块将当前状态信息发送至从机；B3、从机定时触发串口中断，通过中断服务函数将无线数传模块接收到的主机发送的数据解析并存入指定区域，以便从机主函数将其发送给电机。进一步，可组合移动机器人底盘系统还设置有反馈通道，所述反馈通道由电机编码器模块与中值滤波器组成。进一步，所述直流无刷电机模块包括：三相直流无刷电机、电机调速器和CAN总线模块，所述三相直流无刷电机转速通过PID控制模块实现实时控制，并通过CAN总线模块实现指令控制。本专利技术还涉及一种可组合移动机器人越障控制方法，包括如下步骤：可组合移动机器人面对具有坡度或梯度的障碍物时，以迎面角45°为触发条件，判断通过性；可组合移动机器人通过视觉检测获得障碍物参数信息，并根据可组合移动机器人车轮几何参数获得准确迎面角；根据迎面角参数信息，可组合移动机器人通过机器人俯仰舵机模块对机器人结构进行调整；通过主从控制模块实现主从可组合移动机器人的实时形态组合，完成越障。采用上述技术方案的专利技术，具有如下优点：1、本专利技术可组合移动机器人小巧灵活，设置有多种控制模式，并根据实际需要可进行实时切换；2、本专利技术可组合移动机器人根据实时地形情况，可实现灵活多样化的形态调整与匹配，使得轮式机器人的越障能力显著提升；3、本专利技术可组合移动机器人的控制方法简单，越障有效性高，有利于可组合移动机器人的应用推广。附图说明本专利技术可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；图1为本专利技术可组合移动机器人两轮差速驱动示意图；图2为本专利技术可组合移动机器人运动状态示意图；图3为本专利技术可组合移动机器人底盘系统框架图；图4为本专利技术可组合移动机器人遥控器模块控制流程图；图5为本专利技术可组合移动机器人主从控制模块控制框图；图6为本专利技术可组合移动机器人主从控制模块控制流程图；图7为本专利技术可组合移动机器人直流无刷电动机模块控制结构框图；图8为本专利技术可组合移动机器人位置式PID控制流程图；图9为本专利技术可组合移动机器人越障过程示意图。具体实施方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明，需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向，并非用于限制本专利技术的保护范围。如图1-9所示，一种小型可组合移动机器人，包括：电源系统、工控机、STM32底盘系统、遥控器收发模块、直流无刷电机模块、无线自组网模块、辅助轮起落架舵机模块、机器人俯仰舵机模块、落锁模块。可组合移动机器人底盘由遥控器模块、跟踪微分器模块、电机编码器模块、PID控制模块、主从控制模块、上位机与底盘数据解析的ROS节点组成。实施例1：可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型可组合移动机器人，其特征在于，包括：电源系统、工控机、STM32底盘系统、遥控器收发模块、直流无刷电机模块、无线自组网模块、辅助轮起落架舵机模块、机器人俯仰舵机模块、落锁模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种小型可组合移动机器人，其特征在于，包括：电源系统、工控机、STM32底盘系统、遥控器收发模块、直流无刷电机模块、无线自组网模块、辅助轮起落架舵机模块、机器人俯仰舵机模块、落锁模块。


2.根据权利要求1所述的一种小型可组合移动机器人，其特征在于，可组合移动机器人底盘由遥控器模块、跟踪微分器模块、电机编码器模块、PID控制模块、主从控制模块、上位机与底盘数据解析的ROS节点组成。


3.根据权利要求2所述的一种小型可组合移动机器人，其特征在于，所述遥控器模块由发射器和接收器组成，并采用DMA中断接收数据的方式进行数据处理，所述遥控器模块的数据处理具体实现如下：
A1、当人控制遥控器拨杆发射相应数据时，发射器一直处于一定频率发射信号的状态；
A2、STM32底盘系统在初始化串口后开启DMAR接收功能，以一定的频率接收发射器发出的信号；
A3、经过DMA的数据接收功能，将从外设接收的数据放入内存中，等待串口中断提示，并进行数据处理；
A4、数据处理完成后清空DMA，重新等待数据进入。


4.根据权利要求2所述的一种小型可组合移动机器人，其特征在于，所述跟踪微分器为改进型跟踪微分器，具体实现如下：
据对象的不同，选取合适的过渡过程v1(t)，将误差变成e＝v1(t)-y，令x1＝v1，输入量为u，则：



离散实现形式为：



其中T为采样时间；
使v1(t)与输入精准对应，采用fst函数，即快速控制最优综合函数，使u＝fst(x1-v,x2,r,h)，此函数是一个非线性函数，其中v为输入信号，r为速度因子，h为滤波因子；
令e＝x1-v，得：






其中，d＝r·h；d0＝h·d；z＝e+h·x2；
改进型跟踪微分器为：



h取值范围为0.001～0.1。


5.根据权利要求2所述的一种小型可组合移动机器人，其特征在于，所述可组合移动机...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏晓杰，窦明星，黄江帅，江涛，李睿，郑志，谢泽宇，肖洋，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50