[发明专利]一种机器人全向运动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及配送机器人领域，具体涉及了一种机器人全向运动控制系统。

背景技术

为了让机器人能够适应各种复杂路面的环境，在机器人上实现高性能的全向运动控制系统是必不可少的需要。传统的全向运动控制系统主要采用的是麦克纳姆轮以及全向轮，但是这两种设计有着致命的缺陷，采用麦克纳姆轮的全向运动控制系统承重能力差，全向轮的全向运动控制系统越障能力差。在为了保证机器人的载重能力以及越障能力的前提下，需要提出一种性能更好的全向运动控制系统。

发明内容

本发明的目的在于提出一种适合应用于机器人全向运动控制系统，提高机器人的载重极限以及越障能力，能够适应各种复杂的路面。本发明为实现上述目的，采用以下技术方案实现：

1. 一种机器人全向运动控制系统，其特征在于所述硬件执行机构包括多个无刷电机构成的全向运动机构以及硬件驱动平台：

（1）所述多个无刷电机构成的全向运动机构实现机器人的方向以及速度控制，机器人为四腿机器人，每条腿由两个无刷电机构成，其中一个无刷电机用于控制对应的另外一个无刷电机的速度方向，另外一个无刷电机用于控制机器人单个腿的速度，包括前进速度以及后退速度；

（2）所述硬件驱动平台包含中枢控制平台和电机控制系统，中枢控制平台接收外部控制器输入的机器人整体的运动方向以及运动速度信息，负责把机器人整体的速度和方向信息按照选择的模式解析成各个电机需要达到的位置、速度信息，并通过CAN总线下发给各个独立的电机控制系统，电机控制系统负责采集电机的位置、速度以及力矩信息，接收中枢控制平台下发的独立控制指令，采用PID算法，精确控制电机的位置、速度，同时电机控制系统负责上报电机的位置、速度以及力矩信息给中枢控制平台，再通过中枢控制平台输出信息给外部控制器；

进一步地，一种机器人全向运动控制系统，其特征在于所述软件控制方法，包括以下内容：

（1）所述中枢控制根据选择的运动模式解析外部控制器输入的机器人整体的方向以及速度信息，外部控制器输入的机器人整体的方向以及速度信息的格式为(ν, α, ϻ),其中ν指的机器人整体下一时刻的目标速度，α指的机器人整体下一时刻的目标角速度或者转弯半径，ϻ指的是机器人的运动模式，中枢控制器解析后下发的数据为(νn, θn)(n=1,2,3,4)，θ指的机器人四腿分别对应的方向控制的无刷电机速度；

（2）所述无刷电机根据下发的解析后的控制命令进行PID控制，负责接收中枢控制器下发的(νn, θn)(n=1,2,3,4)的控制指令进行响应，对于方向控制的无刷电机驱动电路，采用PID控制器响应控制指令中的θn(n=1,2,3,4)；对于速度控制的无刷电机驱动电路，采用PID控制器响应控制指令中的νn(n=1,2,3,4)，如此协调响应，保证机器人的全向运动。

进一步地，所述中枢控制根据选择的运动模式解析外部控制器输入的机器人整体的方向以及速度信息，其特征在于根据不同的运动模式对机器人的目标速度和方向解析方式不同，以适应不同的环境：

（1）在模式1中，根据外部控制器输入的机器人整体的方向以及速度信息的格式为(ν, α, 1)(α指的机器人整体下一时刻的目标角速度)解析后，机器人四腿的方向控制的无刷电机的目标速度θn(n=1,2,3,4) =α，机器人四腿的速度控制的无刷电机的目标速度vn(n=1,2,3,4) = ν，电机控制系统根据CAN总线收到的目标角度以及目标速度采用PID稳定控制；

（2）在模式2中，根据外部控制器输入的机器人整体的方向以及速度信息的格式为(ν, α, 2)(α此时指的机器人整体下一时刻的目标转弯半径)解析后，机器人四腿的方向控制的无刷电机的目标速度θn(n=1,2,3,4) =0，机器人四腿的速度控制的无刷电机的目标速度可以根据如下方式计算得到：

νr + vl = 2*ν

vr - vl = v / α

计算得到：

vr = v + (v*L)/(2*α)

vl = v - (v*L)/(2*α)

所以，vn(n=1,3) = νl，vn(n=2,4) = νr。电机控制系统根据CAN总线收到的目标角度以及目标速度采用PID稳定控制；

进一步地，一种机器人全向运动控制系统，该系统的搭建步骤如下：

（1）搭建硬件执行平台，所述硬件执行机构8个无刷电机构成的全向运动机构以及硬件驱动平台；