【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及機器人避障，特別是一種基于關(guān)節(jié)和驅(qū)動輪協(xié)作的機器人避障方法和系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、隨著機器人技術(shù)的迅速發(fā)展，智能機器人在復(fù)雜環(huán)境中的自主導(dǎo)航和避障能力成為關(guān)鍵研究領(lǐng)域。傳統(tǒng)的避障方法通常依賴單一的運動部件，如輪子或履帶，這些方法在面對各種障礙物時可能表現(xiàn)出局限性。為了解決這一問題，越來越多的機器人系統(tǒng)開始結(jié)合多種運動部件和控制機制，以實現(xiàn)更高效的避障能力。
2、因此需要提出一種基于關(guān)節(jié)和驅(qū)動輪協(xié)作的機器人避障方法，旨在提升機器人在復(fù)雜環(huán)境中的避障性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對上述缺陷，本專利技術(shù)的目的在于提出一種基于關(guān)節(jié)和驅(qū)動輪協(xié)作的機器人避障方法和系統(tǒng)，旨在根據(jù)機器人與障礙物的不同距離，靈活調(diào)整機器人的避障動作，利用避障動作的反饋調(diào)節(jié)電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
2、為達此目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：
3、一種基于關(guān)節(jié)和驅(qū)動輪協(xié)作的機器人避障方法，所述避障方法應(yīng)用于基于關(guān)節(jié)和驅(qū)動輪協(xié)作的機器人，所述機器人包括：識別模塊、驅(qū)動輪、升降關(guān)節(jié)模塊、頂部主體、第一電機和第二電機，所述驅(qū)動輪位于所述機器人的底部，所述升降關(guān)節(jié)模塊安裝于所述驅(qū)動輪的上方，所述升降關(guān)節(jié)模塊用于使所述頂部主體上下升降；
4、所述避障方法包括：
5、步驟s1：識別模塊識別行進路徑上的障礙物；
6、步驟s2：根據(jù)識別結(jié)果使用第一電機驅(qū)動所述驅(qū)動輪和/或使用第二電機驅(qū)動所述升降關(guān)節(jié)模塊執(zhí)行避障動作；
7、步驟s3：根據(jù)所述避障動
8、優(yōu)選地，在步驟s2中，根據(jù)識別結(jié)果使用第一電機驅(qū)動所述驅(qū)動輪和/或使用第二電機驅(qū)動所述升降關(guān)節(jié)模塊執(zhí)行避障動作包括：
9、當(dāng)行進路徑上的障礙物與地面的最小距離大于頂部主體的頂端與地面的距離減去當(dāng)前所述升降關(guān)節(jié)模塊的下降極限值時，使用第二電機控制所述升降關(guān)節(jié)模塊執(zhí)行對應(yīng)的避障動作；
10、當(dāng)行進路徑上的障礙物與地面的最小距離小于頂部主體的頂端與地面的距離減去當(dāng)前所述升降關(guān)節(jié)模塊的下降極限值時，若行進路徑的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)有障礙物或障礙物與地面的距離大于頂部主體與地面的距離，則使用第一電機控制所述驅(qū)動輪執(zhí)行對應(yīng)的避障動作；
11、若行進路徑的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的障礙物與地面的距離小于頂部主體與地面的距離和頂部主體的頂端與地面的距離減去當(dāng)前所述升降關(guān)節(jié)模塊的下降極限值時，使用第一電機和第二電機分別驅(qū)動所述驅(qū)動輪和所述升降關(guān)節(jié)模塊執(zhí)行對應(yīng)的避障動作。
12、優(yōu)選地，所述升降關(guān)節(jié)模塊的避障動作包括升降關(guān)節(jié)模塊根據(jù)伸縮幅度和伸縮速度進行伸縮使頂部主體升降；
13、所述驅(qū)動輪的避障動作包括驅(qū)動輪根據(jù)轉(zhuǎn)向幅度和轉(zhuǎn)向角速度使所述機器人進行轉(zhuǎn)向。
14、進一步地，所述步驟s3包括：所述第二電機根據(jù)所述升降關(guān)節(jié)模塊的伸縮速度調(diào)節(jié)對應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速；
15、所述第一電機根據(jù)所述驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向幅度和轉(zhuǎn)向角速度調(diào)節(jié)對應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
16、進一步地，若所述機器人與障礙物的實際距離小于預(yù)設(shè)的避障危險距離，則根據(jù)避障危險距離與所述實際距離調(diào)節(jié)所述升降關(guān)節(jié)模塊的伸縮速度或所述驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向幅度和轉(zhuǎn)向角速度；
17、所述升降關(guān)節(jié)模塊的伸縮速度滿足關(guān)系式：
18、vextend＝kextend×(dsafe-dobs)；
19、其中，vextend表示升降關(guān)節(jié)模塊的伸縮速度，kextend表示由升降關(guān)節(jié)模塊決定的伸縮速度的調(diào)整系數(shù)，dsafe表示預(yù)設(shè)的避障危險距離，dobs表示機器人與障礙物的實際距離；
20、所述驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向幅度滿足關(guān)系式：
21、θsteer＝ksteer×(dsafe-dobs)/dsafe；
22、其中，θsteer表示驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向幅度，ksteer表示由驅(qū)動輪決定的轉(zhuǎn)向幅度的調(diào)整系數(shù)，dsafe表示預(yù)設(shè)的避障危險距離，dobs表示機器人與障礙物的實際距離；
23、ωsteer＝kω×(dsafe-dobs)/dsafe；
24、其中，ωsteer表示驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向角速度，kω表示由驅(qū)動輪決定的轉(zhuǎn)向角速度的調(diào)整系數(shù)，dsafe表示預(yù)設(shè)的避障危險距離，dobs表示機器人與障礙物的實際距離。
25、進一步地，在步驟s3中，根據(jù)所述避讓動作調(diào)節(jié)所述第一電機和第二電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速包括：
26、當(dāng)升降關(guān)節(jié)模塊的伸縮速度或所述驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向幅度和轉(zhuǎn)向角速度改變從而使第一電機或第二電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速改變時，判斷第一電機或第二電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速是否低于預(yù)設(shè)的電機轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速，若是，則采用mtpa的電流控制方式生成相應(yīng)的d軸與q軸的電流；
27、將d軸電流以及q軸電流輸入到控制器中，得到d軸與q軸的電壓，根據(jù)d軸與q軸的電壓驅(qū)動第一電機或第二電機運行。
28、進一步地，在步驟s3中，根據(jù)所述避讓動作調(diào)節(jié)所述第一電機和第二電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速之后包括：
29、當(dāng)升降關(guān)節(jié)模塊的伸縮速度或所述驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向幅度和轉(zhuǎn)向角速度改變從而使第一電機或第二電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速改變時，判斷第一電機或第二電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速是否高于預(yù)設(shè)的電機轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速，若是，則根據(jù)電機的運行參數(shù)、設(shè)計參數(shù)以及目標(biāo)轉(zhuǎn)速獲取d軸的電流，根據(jù)最大電流以及d軸的電流獲取q軸電流的限制值；
30、將d軸電流以及q軸電流輸入到控制器中，得到d軸與q軸的電壓，根據(jù)d軸與q軸的電壓驅(qū)動第一電機或第二電機運行。
31、優(yōu)選地，運行參數(shù)包括：q軸的給定電流、q軸的反饋電流；
32、設(shè)計參數(shù)包括：電機的額定電流、電機的額定轉(zhuǎn)速。
33、進一步地，所述獲取d軸的電流的步驟如下：
34、實時獲取q軸的給定電流iqref，將給定電流iqref輸入到低通濾波器，得到第一參數(shù)iq′ref；
35、實時獲取q軸的反饋電流iq，將給定電流iq輸入到低通濾波器，得到第二參數(shù)iq′；
36、獲取第一參數(shù)iq′ref與第二參數(shù)iq′的差值e，將差值e作為pi控制器的輸入，得到電流反饋給定項d1；
37、根據(jù)額定電流in和額定轉(zhuǎn)速ωn計算出電流的前饋給定項的放大系數(shù)kc；
38、獲取當(dāng)前的轉(zhuǎn)速增量，通過所述放大系數(shù)kc對轉(zhuǎn)速增量進行調(diào)節(jié)，得到電流反饋給定項d2；
39、通過反饋給定項d1和前饋給定項d2相加得到d軸的電流id。
40、一種基于關(guān)節(jié)和驅(qū)動輪協(xié)作的機器人避障系統(tǒng)，所述避障系統(tǒng)應(yīng)用于基于關(guān)節(jié)和驅(qū)動輪協(xié)作的機器人，所述機器人包括：識別模塊、驅(qū)動輪、升降關(guān)節(jié)模塊、頂部主體、第一電機和第二電機，所述驅(qū)動輪位于所述機器人的底部，所述升降關(guān)節(jié)模塊安裝于所述驅(qū)動輪的上方，所述升降關(guān)節(jié)模塊用于使所述頂部主體上下升降；
41、所述避障系統(tǒng)包括：
42、障礙物識別模塊，用于控制識別模塊識別行進路徑上的障礙物；
43、控制決策模塊，用于根據(jù)識別結(jié)果使用第一電本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種基于關(guān)節(jié)和驅(qū)動輪協(xié)作的機器人避障方法，所述避障方法應(yīng)用于基于關(guān)節(jié)和驅(qū)動輪協(xié)作的機器人，所述機器人包括：識別模塊、驅(qū)動輪、升降關(guān)節(jié)模塊、頂部主體、第一電機和第二電機，所述驅(qū)動輪位于所述機器人的底部，所述升降關(guān)節(jié)模塊安裝于所述驅(qū)動輪的上方，所述升降關(guān)節(jié)模塊用于使所述頂部主體上下升降；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人避障方法，其特征在于，在步驟S2中，根據(jù)識別結(jié)果使用第一電機驅(qū)動所述驅(qū)動輪和/或使用第二電機驅(qū)動所述升降關(guān)節(jié)模塊執(zhí)行避障動作包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人避障方法，其特征在于，所述升降關(guān)節(jié)模塊的避障動作包括升降關(guān)節(jié)模塊根據(jù)伸縮幅度和伸縮速度進行伸縮使頂部主體升降；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人避障方法，其特征在于，所述步驟S3包括：所述第二電機根據(jù)所述升降關(guān)節(jié)模塊的伸縮速度調(diào)節(jié)對應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速；
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人避障方法，其特征在于，若所述機器人與障礙物的實際距離小于預(yù)設(shè)的避障危險距離，則根據(jù)避障危險距離與所述實際距離調(diào)節(jié)所述升降關(guān)節(jié)模塊的伸縮速度或所述驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向幅度和轉(zhuǎn)向角速度；
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機器人避障方法，其特征在于，在步驟S3中，根據(jù)所述避讓動作調(diào)節(jié)所述第一電機和第二電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速之后包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機器人避障方法，其特征在于，運行參數(shù)包括：q軸的給定電流、q軸的反饋電流；
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的機器人避障方法，其特征在于，所述獲取d軸的電流的步驟如下：
10.一種基于關(guān)節(jié)和驅(qū)動輪協(xié)作的機器人避障系統(tǒng)，其特征在于，所述避障系統(tǒng)應(yīng)用于基于關(guān)節(jié)和驅(qū)動輪協(xié)作的機器人，所述機器人包括：識別模塊、驅(qū)動輪、升降關(guān)節(jié)模塊、頂部主體、第一電機和第二電機，所述驅(qū)動輪位于所述機器人的底部，所述升降關(guān)節(jié)模塊安裝于所述驅(qū)動輪的上方，所述升降關(guān)節(jié)模塊用于使所述頂部主體上下升降；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于關(guān)節(jié)和驅(qū)動輪協(xié)作的機器人避障方法，所述避障方法應(yīng)用于基于關(guān)節(jié)和驅(qū)動輪協(xié)作的機器人，所述機器人包括：識別模塊、驅(qū)動輪、升降關(guān)節(jié)模塊、頂部主體、第一電機和第二電機，所述驅(qū)動輪位于所述機器人的底部，所述升降關(guān)節(jié)模塊安裝于所述驅(qū)動輪的上方，所述升降關(guān)節(jié)模塊用于使所述頂部主體上下升降；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人避障方法，其特征在于，在步驟s2中，根據(jù)識別結(jié)果使用第一電機驅(qū)動所述驅(qū)動輪和/或使用第二電機驅(qū)動所述升降關(guān)節(jié)模塊執(zhí)行避障動作包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人避障方法，其特征在于，所述升降關(guān)節(jié)模塊的避障動作包括升降關(guān)節(jié)模塊根據(jù)伸縮幅度和伸縮速度進行伸縮使頂部主體升降；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人避障方法，其特征在于，所述步驟s3包括：所述第二電機根據(jù)所述升降關(guān)節(jié)模塊的伸縮速度調(diào)節(jié)對應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速；
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人避障方法，其特征在于，若所述機器人與障礙物的實際距離小于預(yù)設(shè)的避障危險距離，則根據(jù)避障...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：化雪薈，龍騰發(fā)，陳大力，馬艷榮，李冠宏，王鵬，
申請(專利權(quán))人：佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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