[发明专利]四轮麦克纳姆轮巡检机器人运动控制方法

说明书

技术领域

本发明属于巡检机器人运动控制技术领域，尤其涉及一种四轮麦克纳姆轮巡检机器人运动控制方法。

背景技术

移动式机器人与固定基座的机器人相比，具有更大、更灵活的工作空间，但同时轮式运动引入了非完整约束。作为一类典型的非完整系统，移动机器人的镇定和跟踪问题引起了人们的广泛关注。对非完整约束移动机器人的控制策略的研究成为机器人研究的一个热点。从90年代末期尤其是2000年以后，许多研究者开始关注这一问题，并致力于不确定非完整系统的控制研究。相关工作的重点主要是解决系统的模型不确定性、外界干扰以及信号的噪声污染、输入受限、转弯半径受限等实际问题，进行相关的鲁棒和自适应控制以及滤波器的设计。研究不确定非完整系统镇定和跟踪问题的文献的多样性，主要是因为对不确定性或干扰采用了不同的模型，以及使用了不同的处理方法以取得鲁棒性或适应性。对不确定非完整动力学系统进行设计的主要方法有自适应控制、鲁棒控制、鲁棒自适应控制、智能控制等。

轮式移动机器人是一个具有大延迟、高度非线性的复杂系统”。建立精确的数学模型十分困难，在进行航向跟踪控制时。参数的变化对系统模型的影响较大，其中纵向速度的影响最为明显。轮式移动机器人的一般的控制方法是把期望的航向与机器人的实测航向之间的误差作为控制器的输入偏差。轮式移动机器人的航向与其纵向速度、横向速度、前轮的偏角、机器人绕其重心的转动惯量、重心的位置、前后轮的侧偏系数以及实际的道路情况等诸多因素都有关，因此，对轮式机器人建立动力学模型是比较困难的。

发明内容

本发明的发明目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一种四轮麦克纳姆轮巡检机器人运动控制方法。

本发明的技术方案是：一种四轮麦克纳姆轮巡检机器人运动控制方法，包括以下步骤：

A、将巡检机器人在平面内的运动分解为X轴平动、Y轴平动、yaw轴自转三个独立分量；

B、计算巡检机器人的各个麦克纳姆轮的轴心速度；

C、将步骤B中巡检机器人的各个麦克纳姆轮的轴心速度分解为沿辊子方向的平行速度和垂直于辊子方向的垂直速度，计算巡检机器人的各个麦克纳姆轮的平行速度；

D、根据步骤C中巡检机器人的各个麦克纳姆轮的平行速度计算巡检机器人的各个麦克纳姆轮的转动速度；

E、根据步骤D中巡检机器人的各个麦克纳姆轮的转动速度控制巡检机器人在平面内运动。

进一步地，所述步骤B计算巡检机器人的各个麦克纳姆轮的轴心速度的计算公式具体为：

其中，为麦克纳姆轮的轴心速度矢量，为巡检机器人的几何中心速度矢量，为yaw轴自转的角速度，为从巡检机器人的几何中心指向麦克纳姆轮的轴心的矢量。

进一步地，所述步骤C中计算巡检机器人的各个麦克纳姆轮的平行速度的计算公式具体为：

其中，为麦克纳姆轮的平行速度矢量，v_x为麦克纳姆轮的轴心速度在X轴方向的速度分量，v_y为麦克纳姆轮的轴心速度在Y轴方向的速度分量。

进一步地，所述步骤D中计算巡检机器人的各个麦克纳姆轮的转动速度的计算公式具体为：

其中，v_ω为麦克纳姆轮的转动速度。

本发明的有益效果是：本发明通过将巡检机器人的运动分解为三个独立分量，计算出巡检机器人的各个麦克纳姆轮的轴心速度，从而计算出巡检机器人的各个麦克纳姆轮的转动速度；通过X轴平动、Y轴平动、yaw轴自转三个独立分量的运动结合，可以让巡检机器人在平面上完成任意方向的运动，而无需让巡检机器人绕某一圆心旋转，从而有效的提高了巡检机器人运动效率，使得巡检机器人能在更小的空间完成就地转向、横向移动和按照一定角度斜线运动，避免了普通橡胶轮胎运动的不足。

附图说明

图1是本发明的四轮麦克纳姆轮巡检机器人运动控制方法流程示意图。

图2是本发明实施例中巡检机器人的运动分解示意图。

图3是本发明实施例中巡检机器人的麦克纳姆轮轴心速度示意图。

图4是本发明实施例中巡检机器人的四个麦克纳姆轮轴心速度示意图。

图5是本发明实施例中巡检机器人的麦克纳姆轮轴心速度分解示意图。

图6是本发明实施例中巡检机器人的四个麦克纳姆轮轴心速度分解示意图。

具体实施方式