[發明專利]一種基于麥克納姆輪自主導航全向車控制系統

有效

• 申請號: 201710585408.3
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107272694B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 盧揚揚;戴勇波;王亮;范秀斌;張丹丹;張耀華
• 申請（專利權）人: 北京星航機電裝備有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 劉瑞東

1.一種基于麥克納姆輪自主導航全向車控制系統，其特征在于，包括：供電系統(1)、車體運動控制系統(2)、主控調度系統(3)、車體無線通訊模塊、無線遙控器(6)、驅動系統(7)、自主導航系統(8)、自動對接系統(9)和安全防撞系統(10)；所述車體無線通訊模塊包括主控無線通訊模塊(4)和遙控無線通訊模塊(5)；

所述供電系統(1)包括：電池組、逆變電源和直流轉換電源；所述電池組與逆變電源電連接，逆變電源用于驅動系統(7)中四組伺服驅動器的供電；電池組與直流轉換電源電連接，直流轉換電源用于車體運動控制系統(2)、自主導航系統(8)、自動對接系統(9)和安全防撞系統(10)的供電；

所述車體運動控制系統(2)包括伺服運動控制器和信號擴展模塊，所述信號擴展模塊用于通過主控無線通訊模塊(4)接收主控調度系統(3)的路徑命令信息、自主導航系統(8)的反饋數據信息、自動對接系統(9)的反饋數據信息以及安全防撞系統(10)的反饋數據信息；所述伺服運動控制器用于對信號擴展模塊接收的反饋數據信息進行處理，向驅動系統(7)實時發送執行命令信息，控制全向車的運動；

所述主控調度系統(3)包括上位機調度界面和無線收發通訊模塊，主控調度系統(3)與主控無線通訊模塊(4)連接實現與車體實時通信；上位機調度界面用于實現對全向車進行路線設定，完成多臺全向車的調度規劃；

所述主控無線通訊模塊(4)用于主控調度系統(3)與車體運動控制系統(2)通信；

所述無線遙控器(6)通過遙控無線通訊模塊(5)與車體運動控制系統(2)實現通信，用于手動控制全向車運動，實現的運動方向有前進、后退、左移、右移和原地旋轉；

所述驅動系統(7)包括四組伺服驅動器、四組驅動電機，每組伺服驅動器與一驅動電機對應電連接，車體運動控制系統(2)分別與四組伺服驅動器連接，并向伺服驅動器發送運動指令同時接收伺服驅動器的內部編碼器反饋信號，伺服驅動器用于按照運動指令中的給定速度和方向控制驅動電機進行轉動，驅動電機通過減速器與全向車的車輪連接；

所述自主導航系統(8)包括圖像采集模塊、信號處理模塊、顏色帶、二維矩陣碼和減速控制碼；其中圖像采集模塊安裝在車體中心位置，每間隔一定時間采集地面上顏色帶、二維矩陣碼或減速控制碼的信息，顏色帶、二維矩陣碼和減速控制碼鋪設在地面上，車體直行時圖像采集模塊掃描顏色帶的位置信息，在減速區掃描減速控制碼的減速站點號信息，在轉彎處掃描二維矩陣碼的位置信息，信號處理模塊對圖像采集模塊的掃描信息進行處理，即，將圖像信息轉換為二進制數字信息，并通過RS485協議向車體運動控制系統(2)發送處理后的數據，車體運動控制系統(2)對數據進行解算后得到車體的姿態信息、減速命令信息或轉彎位置信息，其中姿態信息包括左右偏移值和偏轉角度，減速命令信息包括規定減速站點號信息，轉彎位置信息包括前后、左右坐標值和偏轉角度；

當全向車導航直行時圖像采集模塊把采集的圖像信息傳送給車體運動控制系統(2)，車體運動控制系統(2)把解算后得到的車體中心左右偏移值d₁和偏轉角β₁，與存儲在車體運動控制系統(2)中作為給定值的左右偏移值d₂和偏轉角β₂進行比較得出：

d＝d₁-d₂,β＝β₁-β₂，其中d為左右偏差值，β為角度偏差值，進而對左右偏差值和角度偏差值分別進行PID控制；

當全向車進行轉彎或停止時，圖像采集模塊首先檢測到減速控制碼的減速站點號信息，車體運動控制系統(2)通過減速站點號信息進行判斷，如果此減速站點號信息為轉彎或停止站點時，車體開始減速，直到圖像采集模塊檢測到二維矩陣碼的中心坐標原點位置時，車體停止或進行原地轉彎；

所述自動對接系統(9)包括三個激光位移傳感器和三個擋板，擋板安裝在裝配工位下方，其中第一、第二激光位移傳感器安裝在車前端兩側，激光檢測方向為車體前進方向，第一、第二激光位移傳感器分別檢測自身到擋板的距離分別為d₁和d₂，第三激光位移傳感器安裝在車體前端中心位置，激光檢測方向為車體橫向方向，第一、第二激光位移傳感器檢測自身到對應擋板的距離為d₃，三個激光位移傳感器測量的距離值反饋到車體運動控制系統(2)中；全向車到達裝配工位站點后，第一、第二激光位移傳感器測量前方距離為100mm時減速停止，開始與裝配工位自動對接，車體運動控制系統(2)通過距離值計算得到Δd＝d₁-d₂為車體前端左右偏轉誤差，Δd₁＝d₃-d₄為車體前端左右橫向偏移誤差，其中d₄＝100mm為橫向設定值，把Δd和Δd₁作為測量偏差值分別進行自動對接PID控制；

所述安全防撞系統(10)包括兩個安全掃描儀，安裝在車體前后兩端，用于檢測行進中前后方2米范圍內是否有障礙物，當前方2米處出現障礙物時，安全掃描儀反饋信號至車體運動控制系統(2)中，車體運動控制系統(2)控制全向車開始減速，當檢測到距離為1m時，控制全向車開始停止運動，直到障礙物消除控制全向車開始繼續運動。