一种智能打磨机器人全向底盘装置及其控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115933710A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202310225198.2(22)申请日2023.03.10(71)申请人江苏集萃清联智控科技有限公司地址214124江苏省无锡市经济开发区高浪东路999-8-D1-603(72)发明人徐彪杨泽宇谢东谢国涛王晓伟秦晓辉秦兆博(74)专利代理机构北京汇智胜知识产权代理事务所(普通合伙)11346专利代理师赵立军(51)Int.Cl.G05D1/02(2020.01)权利要求书5页说明书13页附图6页(54)发明名称一种智能打磨机器人全向底盘装置及其控制方法(57)摘要本发明公开了一种智能打磨机器人全向底盘装置及其控制方法，装置包括：控制模块，其用于获取底盘的期望轨迹信息和实时定位信息，并根据运动模式指令，获取与运动模式对应的底盘的舵轮转角与转速；运动模式包括阿克曼转向模式、平移模式和原地转向模式；阿克曼转向模式获取底盘的舵轮转角与转速的方法包括：根据期望轨迹，根据模型预测控制算法，构建预测模型，该预测模型的控制量包括底盘的速度与横摆角速度，设置代价函数和约束，获取智能打磨机器人全向底盘的四个舵轮的转角与转速。本发明能够提高底盘移动的灵活性，提高底盘跟踪规划轨迹的精确度，使底盘运动速度曲线更加平滑稳定。本发明涉及智能机器人技术领域。CN115933710ACN115933710A权利要求书1/5页1.一种智能打磨机器人全向底盘控制装置，其特征在于，包括：控制模块，其用于从规划/决策模块获取底盘的期望轨迹信息和实时定位信息，并根据规划/决策模块下发的运动模式指令，获取与运动模式对应的底盘的舵轮转角与转速，并输出；其中，运动模式包括阿克曼转向模式、平移模式和原地转向模式；其中，阿克曼转向模式获取底盘的舵轮转角与转速的方法包括：根据期望轨迹，根据模型预测控制算法，构建预测模型，该预测模型的控制量包括底盘的速度与横摆角速度，设置代价函数和约束，获取最优期望速度与横摆角速度，进而获得智能打磨机器人全向底盘的四个舵轮的转角与转速；平移模式和原地转向模式获取底盘的舵轮转角与转速的方法包括：设置智能打磨机器人全向底盘的舵轮的梯形轮速，得到匀加速、匀速、匀减速的速度曲线后，对减速阶段进行减速度实时更新，再通过加速度平滑函数，得到加速度连续的速度曲线，进而获得底盘的舵轮转角与转速。2.如权利要求1所述的智能打磨机器人全向底盘控制装置，其特征在于，阿克曼转向模式获取底盘的舵轮转角与转速时，预测模型使用底盘运动学模型，其状态方程用下式（1）或下式（2）所描述的形式：（1）（2）式中，、、、分别为车辆在第时刻的中心在大地坐标系下的坐标、航向角、横摆角速度、速度，、、、分别为车辆在第时刻的中心在大地坐标系下的坐标、航向角、横摆角速度、速度，为采样时间，为第时刻的状态矩阵，，为第时刻的控制量矩阵，；代价函数考虑横向距离误差、航向角误差、速度误差以及控制增量，约束包括运动学约束与源自执行器的机械响应特性约束：；式中，、分别为底盘中心在第时刻的在大地坐标系下的坐标、航向角，、、、分别为底盘中心在初始时刻的在大地坐标系下的坐标、航向角、横摆角速度、速度，为采样时间，、分别为第、时刻的状态矩阵，2CN115933710A权利要求书2/5页，，上标为矩阵转置，为预测时域长度，、分别为第、时刻的控制量矩阵，、分别为底盘中心允许的最大横摆角速度、相邻时刻间最大横摆角速度增量，、分别为底盘中心允许的最大速度、相邻时刻间最大速度增量。3.如权利要求2所述的智能打磨机器人全向底盘控制装置，其特征在于，阿克曼转向模式获取底盘的舵轮转角与转速时，根据最优期望速度与横摆角速度获取智能打磨机器人全向底盘的四个舵轮的转角与转速的方法具体包括：采用式（6）和式（7）提供的模型分解方法获得四个舵轮的期望转角与轮速：（6）（7）式中，、、、分别为模型分解所得的左前舵轮、左后舵轮、右前舵轮、右后舵轮的转角，、、、分别为模型分解所得的左前舵轮、左后舵轮、右前舵轮、右后舵轮的转速，为前后轴距离，为底盘中心转弯半径，且，为左前舵轮与右前舵轮或左后舵轮与右后舵轮的中心距离，、分别为右前舵轮、右前舵轮的转弯半径，，。4.如权利要求1‑3中任一项所述的智能打磨机器人全向底盘控制装置，其特征在于，平移模式获取底盘的舵轮转角与转速时，采用下式（9）“对减速阶段进行减速度实时更新”：（9）式中，为减速阶段舵轮的实时减速度，为舵轮的实际速度，为底盘当前位置和期望点的实时距离，若大地坐标系下，底盘当前位置为，期望坐标，则；原地转向模式获取底盘的舵轮转角与转速时，采用下式（11）“对减速阶段进行减速度实时更新”：3CN115933710A权利要求书3/5页（11）式中，为减速阶段舵轮实