[发明专利]一种基于电控电驱的螺旋推进式移动平台及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于电控电驱的螺旋推进式移动平台及其控制方法，属于机械与控制领域。螺旋推进式移动平台主要由螺旋推进轮、蜗杆电机、铝型材支架、微控制器和大功率电机驱动等部分构成，螺旋推进轮左后轮、螺旋推进轮右前轮的螺线旋向从移动平台车头看为顺时针方向螺旋，旋推进轮左前轮、螺旋推进轮右后轮的螺线旋向从移动平台车头看为逆时针方向螺旋，每一个螺旋推进轮使用一个独立的蜗杆电机驱动。本发明保证了移动平台在光滑地面和松软地表都能灵活移动。使用微控制器结合控制算法控制四个螺旋推进轮的转动，实现四向平移与原地旋转。

技术领域

本发明涉及机械传动与控制工程领域。具体涉及一种电控电驱的四轮螺旋推进式移动平台的设计和一种使用微控制器控制四轮螺旋推进式移动平台的控制算法。可应用在松软地表行驶的。

背景技术

螺旋推进轮式结构的载具在20世纪初被提出和制造，主要用于在沙地、雪地和沼泽等松软地表上行驶。螺旋轮外圈的螺线在轮体旋转时可以在轴线方向提供极大的动力，不容易像普通的轮式载具出现打滑的现象。因此曾被当做一种特种车辆应用于丛林，雪地等场合。但由于适用地形特殊，运输困难以及螺旋推进轮易磨损等原因没有大量生产应用。此外，以往对于螺旋推进车的控制普遍采用液压驱动。每个螺旋推进轮需要一个单独的手柄控制。这样极大增加了控制难度，也导致螺旋推进车主要以平行放置在车体两侧的两轮螺旋推进车为主。

发明内容

本发明的目的是通过一些惯性导航传感器以及地磁传感器结合一定的控制算法，使用微控制器对电控电驱的四轮螺旋推进式移动平台进行统一控制，保证了移动平台在光滑地面和松软地表都能灵活移动。使用微控制器结合控制算法控制四个螺旋推进轮的转动，实现四向平移与原地旋转。

本发明采用的技术方案是：一种电控电驱的四轮螺旋推进式移动平台，包括螺旋推进轮左前轮(2)、螺旋推进轮左后轮(1)、螺旋推进轮右前轮(3)、螺旋推进轮右后轮(4)；螺旋推进轮左前轮和螺旋推进轮左后轮通过轮子两端的轴承座同轴线固定在铝型材纵梁A(7)和铝型材纵梁B(8)上，螺旋推进轮右前轮和螺旋推进轮右后轮通过轮子两端的轴承座同轴线固定在铝型材纵梁C(9)和铝型材纵梁D(10)上，螺旋推进轮左前轮、螺旋推进轮左后轮与螺旋推进轮右前轮、螺旋推进轮右后轮平行排列，铝型材纵梁A、铝型材纵梁B、铝型材纵梁C、铝型材纵梁D分别通过紧固角码垂直固定于铝型材横梁A(5)，铝型材横梁B(6)上；螺旋推进轮左后轮、螺旋推进轮右前轮的螺线旋向从移动平台车头(X轴负方向所指方向)看为顺时针方向螺旋，旋推进轮左前轮、螺旋推进轮右后轮的螺线旋向从移动平台车头(X轴负方向所指方向)看为逆时针方向螺旋，每一个螺旋推进轮使用一个独立的蜗杆电机驱动。

通过惯性导航传感器与地磁传感器得到关于移动平台基于串级PID和矢量解耦的控制算法得到各个螺旋推进轮的转速，通过微控制器使用PWM技术实现对电机的控制从而实现对移动平台的控制，全部内容包括以下步骤：

步骤1：在启动四轮螺旋推进式移动平台的微控制器时，先对全部传感器和各执行机构进行初始化和自检，具体步骤包括：

(1)检查电池电压是否大于正常工作电压阈值，若低于正常工作电压阈值，则报警提示。停止下一步自检，否则执行下一条。

(2)检查所有蜗杆电机是否正常连接，若出现蜗杆电机空载或过载的情况，则报警提示。停止下一步自检。否则执行下一条。

(3)初始化惯性导航传感器，检测惯性导航传感器三轴加速度计数值，判断重力是否垂直于移动平台平面且大小在正常范围。若测得的重力方向或大小不在正常范围内则报警提示。停止下一步自检。否则执行下一条。

(4)初始化地磁传感器，检测地磁传感器三轴磁场场强，计算合成地磁场矢量，判断地磁场方向的波动范围和矢量的大小，若测得的地磁矢量方向或大小不在正常范围内，说明传感器附近有磁场干扰，则报警提示。停止下一步自检。否则执行下一条。