本发明专利技术公开了一种适用于独立式自动跟踪的局部可柔度虚杆转弯控制系统，该系统包括有激光测距仪、GPS导航设备、三轴陀螺仪、码盘、摄像头、第一运动状态检测单元、第二运动状态检测单元和局部可柔虚杆自主跟踪系统。该系统首先通过激光雷达对目标机器人进行检测，得到目标机器人相对于自主跟随机器人的距离与位姿，利用自主跟随机器人的自我定位信息得到目标机器人在全局坐标系中的位置坐标，由目标机器人当前点以及历史点即可通过局部可柔度虚杆模型得到目标机器人运动的轨迹曲线，进而获知刚性段与柔性段的拐点。更能使自主跟随机器人精确地复现目标机器人的运动轨迹。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种适用于智能移动机器人的自主控制，更特别地说，是指一种适用于独立式自动跟踪的局部可柔度虚杆转弯控制系统。
技术介绍
在公开号CN101947788A，公开日2011年1月19日中公开了名为“一种智能机器人”，该机器人包括人机接口模块、主控制器、环境监测模块、机器人定位模块、电机驱动模块、视觉模块、语音模块、数据存储模块、无线数据传输模块和电源管理模块；人机接口模块与用户进行人机信息交互，将接受数据传输至主控制器；环境监测模块将检测到的信息输入主控制器；机器人定位模块将外部信息传输给主控制器；电机驱动模块由主控制器控制，完成对电机驱动模块内驱动电机的伺服控制；视觉模块和语音模块将采集到的信号输入主控制器内，主控制器将采集到的各种信号均输入数据存储模块内，与数据存储模块内预先调用的服务数据包进行对比；主控制器控制无线数据传输模块按预先设定的定时时间与服务端进行信息交互；机器人内的各模块均由电源管理模块供电。独立式自动跟踪系统与合作式系统的根本区别在于它不需要和外界进行信息的通信交互，在使用上不需要依赖目标机器人和道路设施，因此具有广泛的应用前景。由于独立式跟踪系统无法直接获得目标机器人的运动状态信息，所以无法简单的复现目标机器人的速度、加速度等信息，需要通过自动跟踪系统对目标机器人的位置、姿态信息进行检测来实现跟踪。常规方法是通过采集到的环境数据直接得到目标机器人的位置、姿态信息，然后将该信息存储在寄存器中，在跟踪过程中不断地读取已经存储的目标机器人的历史轨迹信息来进行逐点跟踪，这种方法只是采取了跟踪目标机器人轨迹上的一系列的点，本质上无法把目标机器人的轨迹完全的复现出来。当目标机器人出现突然拐弯时，跟随机器人若不能很好处理拐弯情况，跟随机器人的运动会偏离目标机器人的轨迹，增大跟踪时的偏差，降低跟踪性能，还有可能失去跟踪目标，无法达到跟踪目的，甚至出现撞向路边或者障碍物的危险情况。
技术实现思路
为了解决独立式自动跟踪系统中无法把目标的轨迹完全进行复现以及转弯时的跟踪偏差和丢失目标等问题，本专利技术提供一种适用于独立式自动跟踪的局部可柔虚杆转弯控制系统。该系统首先通过激光雷达对目标机器人进行检测，得到目标机器人相对于自主跟随机器人的距离与位姿，利用自主跟随机器人的自我定位信息得到目标机器人在全局坐标系中的位置坐标，由目标机器人当前点以及历史点即可通过局部可柔度虚杆模型得到目标机器人运动的轨迹曲线，进而获知刚性段与柔性段的拐点。更能使自主跟随机器人精确地复现目标机器人的运动轨迹。本专利技术的一种适用于独立式自动跟踪的局部可柔度虚杆转弯控制系统，该局部可柔度虚杆转弯控制系统加载在智能移动机器人的主控制器内，所述的独立式自动跟踪是指自主跟随智能移动机器人复现目标智能移动机器人的前行轨迹。该局部可柔度虚杆转弯控制系统包括有激光测距仪(1)、GPS导航设备(2)、三轴陀螺仪(3)、码盘(4)、摄像头(5)、第一预处理单元(10)、第二预处理单元(20)、第三预处理单元(30)、第四预处理单元(40)、第一运动状态检测单元(7)、第二运动状态检测单元(8)和局部可柔虚杆自主跟踪系统(6)；激光测距仪(1)、GPS导航设备(2)、三轴陀螺仪(3)、码盘(4)和摄像头(5)安装在自主跟随智能移动机器人上；激光测距仪(1)用于检测自主跟随机器人(后车)前方180°范围内物体距其的位置信息01 = {P1;P2，-,Pi, ···}；第一预处理单元(10)对01 = {P1;P2，-,Pi, ···}依据距离与角度关系Acos(扎-α)进行处理，得到前车相对后车的位置信息P C' 0C;GPS导航设备⑵用于测量自主跟随机器人(后车)当前的位置信息込=(D经度， D4fft)；第二预处理单元(20)依据全局坐标转换关系？ =对込=(D^5D4fft)L^vV7」 Li^i度 u纬度」进行坐标映射，得到自主跟随机器人(后车)在全局坐标系O-XY下的位置.:gF ；三轴陀螺仪(3)用于测量自主跟随机器人(后车)当前运动的角速度信息03 = (D3ijD32jD33)；第三预处理单元(30)对D3= (D3ijD32jD33)依据航向角关系Δ β =D33XtsS 行处理，得到自主跟随机器人(后车)当前航行的角度相对前一时刻t'的角度增量Δ β， ts表示陀螺仪的采样时间； 码盘(4)用于测量自主跟随机器人(后车)运动过程以脉冲序列形式输出的距离信息D4;第四预处理单元(40)对D4利用脉冲-距离关系AS=E D4XM进行处理，得到自主跟随机器人(后车)在采样时间间隔At = t-t'内前进的位移AS ；摄像头(5)用于实时采集目标机器人(前车)前行的图像信息PCK ；第二运动状态检测单元⑶第一方面依据航位推算方法L·+Mcosi/ ,+^lSF =； ^对「一 1 Δ β和AS进行处理，来更新自主机器人在全局W ⑵、AV坐标系O-XY下的当前位置坐标；第二方面利用位移与速度的关系Vf =^对Δ S进行处At理，得到当前时刻自主跟随机器人(后车)的速度信息Vf ；然后利用速度与加速度的关系CIf =”i求出当前时刻自主跟随机器人(后车)的加速度信息aF ；第三方面进行位移AS At的累积，即Sf= Σ Δ S;所述第二运动状态检测单元(8) —方面输出Ail= 给第一运动L 」状态检测单元(7)，另一方面输出D82 = {vF, aF, SF}给局部可柔虚杆自主跟踪系统(6)；第一运动状态检测单元(7)首先依据位姿转换关系式本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种适用于独立式自动跟踪的局部可柔度虚杆转弯控制系统，该局部可柔度虚杆转弯控制系统加载在智能移动机器人的主控制器内，所述的独立式自动跟踪是指自主跟随智能移动机器人复现目标智能移动机器人的前行轨迹，其特征在于：该局部可柔度虚杆转弯控制系统包括有激光测距仪（１）、ＧＰＳ导航设备（２）、三轴陀螺仪（３）、码盘（４）、摄像头（５）、第一预处理单元（１０）、第二预处理单元（２０）、第三预处理单元（３０）、第四预处理单元（４０）、第一运动状态检测单元（７）、第二运动状态检测单元（８）和局部可柔虚杆自主跟踪系统（６）；激光测距仪（１）、ＧＰＳ导航设备（２）、三轴陀螺仪（３）、码盘（４）和摄像头（５）安装在自主跟随智能移动机器人上；激光测距仪（１）用于检测自主跟随机器人（后车）前方１８０°范围内物体距其的位置信息Ｄ１＝｛Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｉ，…｝；第一预处理单元（１０）对Ｄ１＝｛Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｉ，…｝依据距离与角度关系进行处理，得到前车相对后车的位置信息ρＣ，θＣ；ＧＰＳ导航设备（２）用于测量自主跟随机器人（后车）当前的位置信息Ｄ２＝（Ｄ经度，Ｄ纬度）；第二预处理单元（２０）依据全局坐标转换关系对Ｄ２＝（Ｄ经度，Ｄ纬度）进行坐标映射，得到自主跟随机器人（后车）在全局坐标系Ｏ－ＸＹ下的位置三轴陀螺仪（３）用于测量自主跟随机器人（后车）当前运动的角速度信息Ｄ３＝（Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ３３）；第三预处理单元（３０）对Ｄ３＝（Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ３３）依据航向角关系Δβ＝Ｄ３３×ｔｓ进行处理，得到自主跟随机器人（后车）当前航行的角度相对前一时刻ｔ′的角度增量Δβ，ｔｓ表示陀螺仪的采样时间；码盘（４）用于测量自主跟随机器人（后车）运动过程以脉冲序列形式输出的距离信息Ｄ４；第四预处理单元（４０）对Ｄ４利用脉冲－距离关系ΔＳ＝∑Ｄ４×Ｍ进行处理，得到自主跟随机器人（后车）在采样时间间隔Δｔ＝ｔ－ｔ′内前进的位移ΔＳ；摄像头（５）用于实时采集目标机器人（前车）前行的图像信息ＰＣＫ；第二运动状态检测单元（８）第一方面依据航位推算方法对Δβ和ΔＳ进行处理，来更新自主机器人在全局坐标系Ｏ－ＸＹ下的当前位置坐标；表示自主跟随机器人（后车）前一时刻的位置坐标；βｔ′表示自主跟随机器人（后车）前一时刻的航向角度大小；第二运动状态检测单元（８）第二方面利用位移与速度的关系对ΔＳ进行处理，得到当前时刻自主跟随机器人（后车）的速度信息ｖＦ；然后利用速度与加速度的关系求出当前时刻自主跟随机器人（后车）的加速度信息ａＦ；ｖ′Ｆ表示前一时刻自主跟随机器人（后车）的速度信息；第二运动状态检测单元（８）第三方面进行位移ΔＳ的累积，即ＳＦ＝∑ΔＳ；所述第二运动状态检测单元（８）一方面输出给第一运动状态检测单元（７），另一方面输出Ｄ８２＝｛ｖＦ，ａＦ，ＳＦ｝给局部可柔虚杆自主跟踪系统（６）；第一运动状态检测单元（７）首先依据位姿转换关系式对接收的ＤＦ－Ｌ＝｛ρＣ，θＣ｝和进行处理，得到目标机器人（前车）在全局坐标系Ｏ－ＸＹ下的位置坐标然后依据位移与速度的关系获得目标机器人（前车）在当前时刻的速度信息ｖＬ；然后利用速度与加速度的关系求出当前时刻目标机器人（前车）的加速度信息ａＬ；表示目标机器人（前车）前一时刻的位置坐标；ｖ′Ｌ表示前一时刻目标机器人（前车）的速度信息；所述第一运动状态检测单元（７）输出给局部可柔虚杆自主跟踪系统（６）；局部可柔虚杆自主跟踪系统（６）对接收的和Ｄ８２＝｛ｖＦ，ａＦ，ＳＦ｝进行复现跟随处理，得到自主跟随机器人（后车）在当前虚杆的横向力的作用下的期望角速度ｗ、自主跟随机器人（后车）在当前虚杆内的纵向力的作用下的加速度ａＦｎｅｗ和期望线速度ｖＦｎｅｗ；最后主控制器根据所述的ｗ、ａＦｎｅｗ和ｖＦｎｅｗ对自主跟随机器人（后车）的执行结构进行控制，实现沿目标智能移动机器人前行轨迹进行前行。...
【技术特征摘要】
1. 一种适用于独立式自动跟踪的局部可柔度虚杆转弯控制系统，该局部可柔度虚杆转弯控制系统加载在智能移动机器人的主控制器内，所述的独立式自动跟踪是指自主跟随智能移动机器人复现目标智能移动机器人的前行轨迹，其特征在于该局部可柔度虚杆转弯控制系统包括有激光测距仪(1)、GPS导航设备O)、三轴陀螺仪(3)、码盘0)、摄像头 (5)、第一预处理单元(10)、第二预处理单元(20)、第三预处理单元(30)、第四预处理单元 (40)、第一运动状态检测单元(7)、第二运动状态检测单元(8)和局部可柔虚杆自主跟踪系统(6)；激光测距仪(1)、GPS导航设备O)、三轴陀螺仪(3)、码盘(4)和摄像头(5)安装在自主跟随智能移动机器人上；激光测距仪(1)用于检测自主跟随机器人(后车)前方180°范围内物体距其的位置信息 D1=^1, P2，-,Pi, ···}；第一预处理单元(10)对01 = {P1;P2，-,Pi, ···}依据距离与角度关系A = ■‘㈦笔凡cos(凡-or)进行处理，得到前车相对后车的位置信息GPS导航设备(2)用于测量自主跟随机器人(后车)当前的位置信息队=Da 度)；第二预处理单元00)依据全局坐标转换关系^^Os …对D2 = (D^,D^)进L练度纬度」行坐标映射，得到自主跟随机器人(后车)在全局坐标系O-XY下的位置；三轴陀螺仪(3)用于测量自主跟随机器人(后车)当前运动的角速度信息1)3 = (D31, D32，D33)；第三预处理单元(30)对D3 = (D31, D32，D33)依据航向角关系Δ β = D33Xts进行处理，得到自主跟随机器人(后车)当前航行的角度相对前一时刻t'的角度增量Δ β，ts 表示陀螺仪的采样时间；码盘⑷用于测量自主跟随机器人(后车)运动过...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟海，王迪臻，吴星明，王建华，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。