一种户外作业底盘动态调节方法技术

本发明专利技术是一种户外作业底盘动态调节方法，该方法采用陀螺仪按照一定的采样周期实时采集三轴姿态和三轴加速度发送给车载控制器，分别做方差滤波处理，滤除异常噪音及做离散积分中值处理，比较判断处理后的角度波动数据范围，根据角度波动数据判断底盘工况；对于底盘倾斜的状态，车载控制器发送动作指令进行升降调整，以调平底盘

【技术实现步骤摘要】
一种户外作业底盘动态调节方法


[0001]本专利技术涉及巡检机器人和多功能作业平台
，尤其涉及在高地隙场景下具有动态调节系统功能的户外作业底盘车
。

技术介绍

[0002]目前在农业领域，巡检机器人和多功能作业平台越来越多的参与到户外作业中，能显著地节省人力，提高生产效率
。
在植物的不同生长周期，植物的高度是不同的，因而参与户外作业活动的户外作业底盘车的底盘也要适应性的实现高低升降，满足不同高度的植保需求，市面上现有的高地隙户外作业底盘很难实现高低升降，在高地隙场景，车辆都是针对特定场景的，产品应用范围和重复利用率较低
。
[0003]针对上述问题，本专利技术提供一种户外作业底盘动态调节方法，底盘高度可进行升降，实时调高车身的水平，提高底盘在复杂地形的越障能力，具备高通过性，降低了应用成本，高度可调的便利性可应用于多种实际场景
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种户外作业底盘动态调节方法
。
[0005]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种户外作业底盘动态调节方法，该方法包括以下步骤：步骤一）在底盘行驶过程中，设置于底盘上的陀螺仪实时输出三轴姿态和三轴加速度，按照一定的采样周期实时测量采集
X
，
Y
，
Z
平面的角度波动数据及竖直方向加速度；通过方差滤波处理，角度变化量的方差表示为
Var(
Δθ
)
，方差计算公式：
Var(
Δθ
)=
Σ
((
Δθ
‑
μ
)^2)/N
计算出周期内的方差值
Var(
Δθ
)
，式中，
Δθ
表示角度变化量的样本值，
μ
表示角度变化量的均值，
N
表示样本数量，将实时计算的角度变化量的方差
Var(
Δθ
)
与设定的方差范围
[K1,K2]进行比较，如果方差超出设定范围，则将该数据点视为噪音并进行剔除；将所得到的角度再进一步通过离散积分计算采样周期内的三轴角度，获取实时的角度变化值，假设陀螺仪在每个时间间隔内输出的角度分别为
θ1、
θ2、
θ3、...、
θ
，时间间隔为
T
，则在时间间隔
T
内，底盘的角度近似为：
Δθ
=T*(
θ1+
θ2+
θ3+...+
θ
)/n
；同样的方式，将竖直方向的加速度做方差滤波及离散积分中值处理；步骤二）车载控制器首先判断角度波动数据是否在
20
°‑
35
°
范围内，若不是，则继续判断角度波动值是否在0°‑
20
°
范围内，若是，则判断为正常行驶，不做调整，若不是，即角度大于
35
°
，则进行停车处理，若在
20
°‑
35
°
范围内，则视为底盘倾斜，进入下一步；步骤三）在视为底盘倾斜时，车载控制器发送相应指令给电机驱动，控制对应独立轮腿中的伺服电机驱动丝杆升降，以调平底盘；步骤四）升降调整后，车载控制器继续判断此时的角度波动数据是否小于
20
°
，若
是，则同时对相邻时间段内的角度差值进行滑动平均，通过设置角度差值的滑动平均窗口大小为
n
，得到角度滑动平均值，如果角度差值在某个阈值区间
k
内，则认定此时角度差值稳定，判定车身状态水平，进行正常行驶，不再做调整，否则，陀螺仪将此时的角度波动数据反馈至车载控制器，并跳转至步骤一）
。
[0006]进一步的，所述步骤三）中，通过伺服电机设定的转速推算出竖直方向加速度
a1
，再将该加速度
a1
参数和陀螺仪输出的竖直方向加速度
a2
进行比较判断，若满足
a1≥a2
，则表示在可调范围内，伺服电机持续进行升降调节，以调平底盘，若满足
a1
＜
a2
，则是瞬时陷入高低落差较大环境中，导致瞬时竖直方向加速度高于可调节的竖直方向加速度，此时将加速度反馈至车载控制器，做停车处理
。
[0007]进一步的，所述步骤三）中，车载控制器通过
CAN
总线连接电机驱动并驱动各轮腿对应的伺服电机
。
[0008]进一步的，所述步骤四）中，阈值区间
k
取
[
‑
1.5
°
，
+1.5
°
]。
[0009]进一步的，所述步骤一）中，陀螺仪采样频率为
20Hz
，采样周期为
50ms
，并将采集到的信号通过
I/O
接口电路发送给车载控制器
。
[0010]本专利技术的有益效果是
:1.
本专利技术作为高底盘户外作业车，能够满足植物在不同生长周期，不同高度的植保需求，完善了市场在高地隙应用场景的机械底盘产品的短板；
2.
本专利技术的底盘高度可进行升降，实时调节车身的水平，提高底盘在复杂地形的越障能力，具备高机动性，高通过性；
3.
底盘独立轮系调节的功能降低了应用成本，高度可调节的便利性可应用于多种实际地形场景
。
附图说明
[0011]图1为本专利技术底盘动态调节流程图；图2为本专利技术底盘角度波动图；图3为本专利技术底盘在斜坡工况下的调节示意图；图4为本专利技术底盘在凹凸不平的复杂工况下的调节示意图；图5为本专利技术底盘结构立体图；图6位本专利技术底盘结构俯视图；图7为本专利技术底盘的轮腿立体结构图；图8为本专利技术底盘倾斜判定方法对照图
。
[0012]图中标号说明：
1、
第一轮腿；
2、
第二轮腿；
3、
第三轮腿；
4、
第四轮腿；
5、
陀螺仪；
6、
车载控制器；
7、
伺服电机；
8、
丝杆
。
具体实施方式
[0013]下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本专利技术
。
[0014]如图1所示，一种户外作业底盘动态调节方法，该方法包括以下步骤：步骤一）在底盘行驶过程中，设置于底盘上的陀螺仪5实时输出三轴姿态和三轴加速度，按照一定的采样周期实时测量采集
X
，
Y
，
Z
平面的角度波动数据及竖直方向加速度；
如图2所示，通过方差滤波处理，角度变化量的方差表示为
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种户外作业底盘动态调节方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一）在底盘行驶过程中，设置于底盘上的陀螺仪（5）实时输出三轴姿态和三轴加速度，按照一定的采样周期实时测量采集
X
，
Y
，
Z
平面的角度波动数据及竖直方向加速度；通过方差滤波处理，角度变化量的方差表示为
Var(
Δθ
)
，方差计算公式：
Var(
Δθ
)=
Σ
((
Δθ
‑
μ
)^2)/N
计算出周期内的方差值
Var(
Δθ
)
，式中，
Δθ
表示角度变化量的样本值，
μ
表示角度变化量的均值，
N
表示样本数量，将实时计算的角度变化量的方差
Var(
Δθ
)
与设定的方差范围
[K1,K2]
进行比较，如果方差超出设定范围，则将该数据点视为噪音并进行剔除；将所得到的角度再进一步通过离散积分计算采样周期内的三轴角度，获取实时的角度变化值，假设陀螺仪（5）在每个时间间隔内输出的角度分别为
θ1、
θ2、
θ3、...、
θ
，时间间隔为
T
，则在时间间隔
T
内，底盘的角度近似为：
Δθ
=T*(
θ1+
θ2+
θ3+...+
θ
)/n
；同样的方式，将竖直方向的加速度做方差滤波及离散积分中值处理；步骤二）车载控制器（6）首先判断角度波动数据是否在
20
°‑
35
°
范围内，若不是，则继续判断角度波动值是否在0°‑
20
°
范围内，若是，则判断为正常行驶，不做调整，若不是，即角度大于
35
°
，则进行停车处理，若在
20
°‑
35
°...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿长兴，顾海洋，刘万福，宋鹏，王飞，郭凯，沈嘉俊，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：