一种轮式机器人防滑爬坡控制方法技术

本发明专利技术公开了一种轮式机器人防滑爬坡控制方法，属于机器人技术领域。实现轮式机器人的路径跟踪和防滑爬坡控制。该方法不需要人工干预，亦不须改变轮组结构或安装防滑铰链，自主性强、容易实现，适用于实际的工程应用。方法包括：根据轮式机器人的当前方位信息，确定行驶的路径方向；根据所述路径方向更新所述当前方位信息，并获取所述轮式机器人所处道路的坡道角度，以及所述轮式机器人的横滚角；根据所述坡道角度和所述横滚角与各自对应阈值的比较结果，确定所述轮式机器人的防滑爬坡控制策略，并根据所述防滑爬坡控制策略控制所述轮式机器人的行驶状态。机器人的行驶状态。机器人的行驶状态。

【技术实现步骤摘要】
一种轮式机器人防滑爬坡控制方法


[0001]本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种轮式机器人防滑爬坡控制方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济迅速发展，机器人参与生产和人民生活的程度越来越深。移动机器人被广泛应用于物流搬运、分拣、无人泊车、安防巡逻、服务等领域中。应用场景日益更新，复杂程序也随之增加，轮式机器人以其支撑平稳、运动灵活等优势得到广泛应用。室内应用场景地面的坡度较小、平整度较好，轮式机器人爬坡可以轻松度过，但室外应用场景中受区域地势和路况的影响，道路的坡度和平整度均对轮式机器人的运动有影响，严重时出现溜坡，造成人员和财产损失。
[0003]现有技术中有采用轮腿式自动导引小车，选用前肘后膝
‑
踝关节式的构型设计方案，来适应硬质平坦地面的爬坡。这种结构方式虽然能够实现爬坡，但是结构复杂，对室外不平整地面的环境适应性差。现有技术还有通过控制双轴电机带动移动齿轮在齿轮轨道上转动，带动活动防滑组移出滑动通道至轮胎本体下方与地面之间的夹角内，弹簧减震组带动顶支撑防滑板和防滑软套身长，防滑软套顶部与轮胎本体接触，底摩擦砂板与地面接触，使得轮胎本体不会滑坡。现有技术还采用有突起块的履带，增加对地面的抓地力，增加爬坡时的摩擦力防止机器人滑坡。后两种方式需要增加装置，对现有的轮组进行改造，运动过程中会产生抖动，影响运动稳定性，且不适用于麦克纳姆轮机器人。
[0004]如何实现轮式机器人在较大坡度，以及不平整路面的防滑爬坡控制，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

>[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种轮式机器人防滑爬坡控制方法，实现轮式机器人的路径跟踪和防滑爬坡控制。该方法不需要人工干预，亦不须改变轮组结构或安装防滑铰链，自主性强、容易实现，适用于实际的工程应用。
[0006]本专利技术实施例提供了一种轮式机器人防滑爬坡控制方法，包括：
[0007]根据轮式机器人的当前方位信息，确定行驶的路径方向；
[0008]根据所述路径方向更新所述当前方位信息，并获取所述轮式机器人所处道路的坡道角度，以及所述轮式机器人的横滚角；
[0009]根据所述坡道角度和所述横滚角与各自对应阈值的比较结果，确定所述轮式机器人的防滑爬坡控制策略，并根据所述防滑爬坡控制策略控制所述轮式机器人的行驶状态。
[0010]进一步地，所述根据所述坡道角度和所述横滚角与各自对应阈值的比较结果，确定所述轮式机器人的防滑爬坡控制策略，包括：
[0011]若所述坡道角度小于坡道角度阈值，且所述横滚角小于横滚角阈值，则确定所述防滑爬坡控制策略为模糊控制策略；
[0012]若所述坡道角度大于等于坡道角度阈值，且所述横滚角小于等于横滚角阈值，则
确定所述防滑爬坡控制策略为控制所述轮式机器人的车头方向与坡道方向一致，且控制所述轮式机器人的速度方向与路径方向一致的控制策略；
[0013]若所述坡道角度小于坡道角度阈值，且所述横滚角大于等于横滚角阈值；则确定所述防滑爬坡控制策略为根据所述轮式机器人是否能够进行横向移动的判断结果，再进行判断的控制策略；
[0014]若所述坡道角度大于等于坡道角度阈值，且所述横滚角大于横滚角阈值，则确定所述防滑爬坡控制策略为不采用任何控制策略。
[0015]进一步地，所述根据所述轮式机器人是否能够进行横向移动的判断结果，再进行判断的控制策略，包括：
[0016]若所述判断结果为所述轮式机器人能够进行横向移动，则确定所述防滑爬坡控制策略为控制所述轮式机器人进行横向移动的控制策略；
[0017]若所述判断结果为所述轮式机器人不能够进行横向移动，则确定所述防滑爬坡控制策略为模糊控制策略。
[0018]进一步地，所述控制所述轮式机器人的车头方向与坡道方向一致，且控制所述轮式机器人的速度方向与路径方向一致的控制策略，通过如下公式实现：
[0019][0020][0021]α＝(angle
i
‑
1,i
‑
Yaw)*pi/180
[0022]其中，angle
i
‑
1,i
为路径点i
‑
1至路径点i的路径方向角，Yaw为所述轮式机器人的车头方向与坡道方向一致时的航向角，α为所述轮式机器人的合成速度与车头方向的夹角，V
x
,V
y
,V分别为所述轮式机器人的横向速度、纵向速度和合成速度、pi为π。
[0023]进一步地，所述轮式机器人防滑爬坡控制方法还包括：
[0024]若所述坡道角度大于等于坡道角度阈值，且所述横滚角大于横滚角阈值，则控制所述轮式机器人进行原地旋转，以使得按照预设幅度值不断调小所述横滚角，直到所述横滚角小于等于横滚角阈值。
[0025]进一步地，所述根据轮式机器人的当前方位信息，确定行驶的路径方向，包括：
[0026]根据轮式机器人的当前方位信息，获取规划路径点集，并根据所述规划路径点集，确定行驶的路径方向；
[0027]所述当前方位信息包括位置和航向；相应的，所述根据轮式机器人的当前方位信息，获取规划路径点集，包括：
[0028]根据所述位置和所述航向，接收调度系统发送的在所述位置之前的n个连续路径点的经纬度坐标，并确定所述n个连续路径点的经纬度坐标为所述规划路径点集；n为大于等于2的整数。
[0029]进一步地，所述根据所述规划路径点集，确定行驶的路径方向，包括：
[0030]根据如下公式计算所述路径方向：
[0031][0032]angle
i
‑
1,i
＝(180/pi)*arctan2(y,x)
[0033][0034]其中，angle
i
‑
1,i
为第i
‑
1个路径点到第i个路径点之间的路径方向角、x和y分别为第i
‑
1个路径点到第i个路径点之间的距离长度值在x轴方向上的分量值和在y轴方向上的分量值、pi为π、lng
i
为第i个路径点的经度、lat
i
为第i个路径点的纬度。
[0035]进一步地，所述获取所述轮式机器人所处道路的坡道角度，包括：
[0036]根据如下公式计算所述坡道角度：
[0037][0038]其中，θ为所述坡道角度、Roll为所述横滚角、Pitch为所述轮式机器人的俯仰角。
[0039]进一步地，在所述根据所述防滑爬坡控制策略控制所述轮式机器人的行驶状态的步骤之后，所述轮式机器人防滑爬坡控制方法还包括：
[0040]判断所述轮式机器人是否到达相邻路径点，若到达，则执行判断所述轮式机器人是否到达目标点的步骤；
[0041]若未到达，则执行所述根据所述路径方向更新所述当前方位信息的步骤。
[0042]进一步地，所述判断所述轮式机器人是否到达目标点的步骤，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮式机器人防滑爬坡控制方法，其特征在于，包括：根据轮式机器人的当前方位信息，确定行驶的路径方向；根据所述路径方向更新所述当前方位信息，并获取所述轮式机器人所处道路的坡道角度，以及所述轮式机器人的横滚角；根据所述坡道角度和所述横滚角与各自对应阈值的比较结果，确定所述轮式机器人的防滑爬坡控制策略，并根据所述防滑爬坡控制策略控制所述轮式机器人的行驶状态。2.根据权利要求1所述的轮式机器人防滑爬坡控制方法，其特征在于，所述根据所述坡道角度和所述横滚角与各自对应阈值的比较结果，确定所述轮式机器人的防滑爬坡控制策略，包括：若所述坡道角度小于坡道角度阈值，且所述横滚角小于横滚角阈值，则确定所述防滑爬坡控制策略为模糊控制策略；若所述坡道角度大于等于坡道角度阈值，且所述横滚角小于等于横滚角阈值，则确定所述防滑爬坡控制策略为控制所述轮式机器人的车头方向与坡道方向一致，且控制所述轮式机器人的速度方向与路径方向一致的控制策略；若所述坡道角度小于坡道角度阈值，且所述横滚角大于等于横滚角阈值；则确定所述防滑爬坡控制策略为根据所述轮式机器人是否能够进行横向移动的判断结果，再进行判断的控制策略；若所述坡道角度大于等于坡道角度阈值，且所述横滚角大于横滚角阈值，则确定所述防滑爬坡控制策略为不采用任何控制策略。3.根据权利要求2所述的轮式机器人防滑爬坡控制方法，其特征在于，所述根据所述轮式机器人是否能够进行横向移动的判断结果，再进行判断的控制策略，包括：若所述判断结果为所述轮式机器人能够进行横向移动，则确定所述防滑爬坡控制策略为控制所述轮式机器人进行横向移动的控制策略；若所述判断结果为所述轮式机器人不能够进行横向移动，则确定所述防滑爬坡控制策略为模糊控制策略。4.根据权利要求2所述的轮式机器人防滑爬坡控制方法，其特征在于，所述控制所述轮式机器人的车头方向与坡道方向一致，且控制所述轮式机器人的速度方向与路径方向一致的控制策略，通过如下公式实现：的控制策略，通过如下公式实现：α＝(angle
i
‑
1,i
‑
Yaw)*pi/180其中，angle
i
‑
1,i
为路径点i
‑
1至路径点i的路径方向角，Yaw为所述轮式机器人的车头方向与坡道方向一致时的航向角，α为所述轮式机器人的合成速度与车头方向的夹角，V
x
,V
y
,V分别为所述轮式机器人的横向速度、纵向速度和合成速度、pi为π。5.根据权利要求2所述的轮式机器人防滑爬坡控制方法，其特征在于，所述轮式机器人防滑爬坡控...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛志朝，刘秀娟，吴平，崔孟楠，刘刚军，刘浩，郭丰睿，赵雅宁，郭雷，武欣，赵炳英，郑剑，
申请(专利权)人：北京航天自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：