[發明專利]一種輪腿式機器人的驅動牽引特性控制方法

無效

• 申請號: 201010503338.0
• 申請日: 2010-09-30
• 公開（公告）號: CN102033545A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 段星光;黃強;趙洪華;王興濤;陳悅
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/00
• 分類號: G05D1/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;高燕燕

技術領域

本發明涉及自動化領域，特別涉及一種輪腿式機器人的驅動牽引特性控制方法。

背景技術

輪腿式機器人被廣泛應用于偵察、探測、星球表面探索、救災、消防、等方面，已成為機器人中的一種重要類型。由于其具有較高機動性、一定的越障能力和環境適應能力，更由于其姿態可控性可以滿足穩定的視覺系統、操作臂準確作業等的作業需求，使其得到廣泛的應用，特別是面臨著復雜、未知、多變的非結構環境，要求機器人具有良好的機動性、環境適應性和運動靈活性。

對于機器人的智能性和環境適應性需要更多地依賴其對環境信息的獲取和智能決策能力，更強調機器人自身的感知、思維、決策和復雜行動的能力。但是由于人工智能和其他智能技術的發展尚落后于人們對它的期望，目前要在復雜環境下完成機器人的全自主運動還難以實現。盡管運用GPS、電子羅盤等可使機器人定位，但是地面環境的凹凸不平、溝壑、石塊、沙地、沼澤等自然環境的復雜性使得對地面環境進行建模和處理異常困難，同時基于計算機視覺技術的復雜環境處理問題至今沒有得到圓滿的解決。而在短期內，完全依靠如智能系統、計算機視覺、環境建模、傳感檢測等手段實現機器人的全自主化，無論在理論上還是技術上都還不能很好的實現。

對機器人來說，其運動能力是最基本、最重要的首要前提。以機器人能夠具有較高的運動能力和機動性為目標，通過對輪腿式機器人基本運動控制問題中的驅動牽引特性進行研究，通過有效的控制提高機器人的驅動牽引特性，使得自主機器人的總體性能可以通過最大程度的提高機構的運動特性能力來實現。但是目前還沒有一種驅動牽引特性控制方法，能夠有效地實現機器人的運動控制，從而使機器人在運動過程中盡量減小滑行，提高運動能力，減少能耗，有效完成作業任務。

發明內容

本發明的目的是針對輪腿式機器人的驅動牽引特性控制方法，該方法提供一種可量化表示的驅動牽引特性函數，利用該驅動牽引特性函數能夠有效地實現機器人的運動控制，從而使機器人在運動過程中盡量減小滑行，提高運動能力，減少能耗，有效完成作業任務。

該輪腿式機器人的驅動牽引特性控制方法，包括：

首先定義輪腿式機器人坐標系R＝(G，X，Y，Z)和輪地接觸點的局部坐標系R_i＝(P_i，U_i，V_i，W_i)；G為機器人重心，X、Y軸的方向分別與機器人車體的長度和寬度方向一致，Z軸垂直向上；P_i是輪腿i的車輪與地面的接觸點；i取1到n之間的整數，n為輪腿式機器人的輪腿數量；W_i是垂直與接觸平面切線方向的法向方向；U_i是第i個輪腿的車輪的切線方向；V_i＝W_i×U_i，W_i、U_i和V_i滿足右手法則；接觸點P_i的接觸力向量為f_i，沿局部坐標系R_i的三個坐標軸方向對接觸力向量f_i進行分解得到f_i＝(f_ui，f_vi，f_wi)；

定義滑行率公式Si=fui2+fvi2fwi;]]>

在進行驅動牽引特性控制時，根據所述滑行率公式計算各接觸點P_i的滑行率S_i，并從中找出滑行率最大值S_imax對應的接觸點P_imax，將P_imax處的輪腿關節作為被控輪腿，通過調節被控輪腿的關節角使得P_imax處的滑行率最小；

所述輪腿的關節角為：從該輪腿的擺臂旋轉中心沿擺臂長度方向與X軸正向的夾角，并且逆時針方向為正。