[發明專利]一種可實現蜂擁控制的機器人小車系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201810019720.0
• 申請日: 2018-01-09
• 公開（公告）號: CN108594798B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 朱瀟;肖添文;張嘉彤
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種可實現蜂擁控制的機器人小車系統，其特征在于，包括兩輪履帶小車、上位機和無線通信系統，其中：

所述兩輪履帶小車的數量為多個，每個兩輪履帶小車通過搭載的傳感器獲取自身的位置、速度、方向信息，并通過無線通信系統將上述信息發送到上位機；

所述上位機，根據多個兩輪履帶小車發來的信息，通過蜂擁控制方法確定每個兩輪履帶小車的運動指令，并將運動指令通過無線通信系統發送給相應的兩輪履帶小車，兩輪履帶小車在得到運動指令后做出相應的運動；

所述通過蜂擁控制方法確定每個兩輪履帶小車的運動指令，具體如下：

使用卡爾曼濾波，采用集中式數據融合方式，對傳感器讀取的小車的當前位置(x,y),當前車頭角度θ與上位機計算出的理論值進行融合：

上位機計算出的理論值根據下式積分得到：

其中，θ＝θ+dt*u₂，x＝x+dt*u₁*cosθ，y＝y+dt*u₁*sinθ；

u₁為小車速度，u₂為小車車頭角速度，dt為測量時間間隔；

然后根據t-1時刻傳感器測量值s_pre的誤差q，以及建模計算得到的變量值s_star的誤差p，計算得到比例系數k，并進行融合得到t時刻的變量值s：

s＝s_star*k+s_pre*(1-k)

將融合后得到的s值傳送給上位機，進行運算為下一時刻發送速度指令；

設定小車初始位置為(0，0)，初始速度為0.1，初始車頭角度為0，小車的當前位置為(x，y)，當前速度為u₁，當前車頭角度為θ，當前車頭角速度為u₂，小車的目標位置為(xr，yr)，目標速度為(vrx，vry)，小車車輪直徑為d，同時引入中間變量C₁、C₂、Mr、A、a；

上位機的數學關系推導如下：

小車的控制方程為：

建立小車的位置數組速度數組加速度數組

記：

則再根據計算出小車的左右輪轉速，從而控制小車運動；

由上述方程可知，通過已知的小車當前速度u₁、當前位置(x，y)、當前車頭角度θ、以及小車的目標位置(xr，yr)、目標速度(vrx，vry)，和兩個參數C1、C2，然后由進行迭代得到下一時刻新的u₁，由此不斷迭代運算就能夠實現位置、速度、方向的更新，從而達到控制小車運動的目的。

2.根據權利要求1所述的可實現蜂擁控制的機器人小車系統，其特征在于，所述兩輪履帶小車包括車體(1)，以及安裝在車體上的微型控制器(2)、電機控制芯片i298n(3)、12V電源(4)、電機(5)、履帶及電機固定裝置(6)、履帶(7)：

所述微型控制器(2)包括6軸陀螺儀、加速度計和藍牙模塊，6軸陀螺儀、加速度計用于測量機器人小車的狀態信息，藍牙模塊用于實現藍牙通信、輸出控制信號到電機控制芯片i298n(3)；

所述電機控制芯片i298n(3)用于接收微型控制器(2)的控制信號、電機(5)的轉向和轉速，并且為微型控制器(2)提供5V電源；

所述12V電源(4)為12V/800mAH鋰電池，用于為微型控制器(2)、電機控制芯片i298n(3)、電機(5)供電；

所述履帶及電機固定裝置(6)用于將電機(5)、履帶(7)固定在車體(1)上；

所述履帶(7)由電機(5)驅動。

3.根據權利要求2所述的可實現蜂擁控制的機器人小車系統，其特征在于，所述的所述微型控制器(2)采用Curie Nano英特爾居里微型控制器，該微型控制器使用Arduino開源電子原型平臺，蜂擁控制的仿真采用matlab語言編寫。