[發明專利]一種三輪全向移動機器人及其運動控制方法

有效

• 申請號: 202110339946.0
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113075931B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 任萬春;聶洪林;李寶德;劉貴陽;陳鍶
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 楊浩林

1.一種三輪全向移動機器人，其特征在于，包括Y型底盤，所述Y型底盤上設置有基礎定位模塊、輔助定位模塊、通信模塊、全向運動模塊和控制器；所述基礎定位模塊、輔助定位模塊、通信模塊、全向運動模塊分別與控制器相連；

所述基礎定位模塊，用于獲取三輪全向移動機器人的運動數據；

所述輔助定位模塊，用于獲取三輪全向移動機器人相對于參考點的相對位置數據；

所述全向運動模塊，包括設置在Y型底盤上的三個全向輪，三個全向輪彼此間隔120°，三個全向輪與Y型底盤中心的距離相等；

所述控制器，用于驅動三輪全向移動機器人運動、根據基礎定位模塊和輔助定位模塊的數據對三輪全向移動機器人進行定位及位置修正；

輔助定位模塊設置為三組，三組輔助定位模塊彼此間隔120°，三組輔助定位模塊與Y型底盤中心的距離相等；每組輔助定位模塊均包括兩個光電傳感器和一個超聲波傳感器；同屬于一組輔助定位模塊中的兩個光電傳感器以左右對稱的方式安裝在Y型底盤的底部；

光電傳感器，用于獲取三輪全向移動機器人相對于參考點的偏離方向；

超聲波傳感器，用于獲取三輪全向移動機器人相對于參考點的距離；

通過控制器根據光電傳感器獲取的偏離方向生成角度校正指令，使三輪全向移動機器人調整至既定角度，完成三輪全向移動機器人的角度校正；通過控制器根據超聲波傳感器獲取的距離生成距離校正指令，使三輪全向移動機器人調整至既定距離，完成三輪全向移動機器人的距離校正。

2.根據權利要求1所述的三輪全向移動機器人，其特征在于，基礎定位模塊包括光電編碼器和陀螺儀；

光電編碼器，用于獲取三輪全向移動機器人的運動速度；

陀螺儀，用于獲取姿態角數據；

通過控制器將由光電編碼器獲取的運動速度乘以光電編碼器獲取數據的時間周期得到三輪全向移動機器人的行進距離；通過控制器將行進距離分別與陀螺儀獲取的姿態角數據的正弦和余弦相乘，得到三輪全向移動機器人在直角坐標系下的橫坐標和縱坐標。

3.一種三輪全向移動機器人的運動控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、通過基礎定位模塊獲取三輪全向移動機器人的運動數據和姿態數據；

S2、根據三輪全向移動機器人的運動數據和姿態數據計算三輪全向移動機器人在直角坐標系下的橫縱坐標；

S3、根據計算得到的橫縱坐標判斷三輪全向移動機器人是否到達既定坐標；

S4、通過輔助定位模塊獲取三輪全向移動機器人相對于路徑上參考點的相對位置；

S5、根據三輪全向移動機器人相對于路徑上參考點的相對位置對三輪全向移動機器人進行橫向校正和縱向校準，使三輪全向移動機器人的真實坐標為既定坐標；

S6、判斷三輪全向移動機器人是否到達目的地，若是則結束運動控制，否則進入步驟S7；

S7、根據導航規劃將三輪全向移動機器人導航至下一個既定坐標處，并返回步驟S1；

步驟S4中輔助定位模塊設置為三組，三組輔助定位模塊彼此間隔120°，三組輔助定位模塊與Y型底盤中心的距離相等；每組輔助定位模塊均包括兩個光電傳感器和一個超聲波傳感器；同屬于一組輔助定位模塊中的兩個光電傳感器以左右對稱的方式安裝在Y型底盤的底部；

光電傳感器，用于獲取三輪全向移動機器人相對于參考點的偏離方向；

超聲波傳感器，用于獲取三輪全向移動機器人相對于參考點的距離；

步驟S5的具體方法為：

通過控制器根據光電傳感器獲取的偏離方向生成角度校正指令，使三輪全向移動機器人調整至既定角度，完成三輪全向移動機器人的角度校正；通過控制器根據超聲波傳感器獲取的距離生成距離校正指令，使三輪全向移動機器人調整至既定距離，完成三輪全向移動機器人的距離校正，使三輪全向移動機器人的真實坐標為既定坐標。

4.根據權利要求3所述的三輪全向移動機器人的運動控制方法，其特征在于，步驟S1中基礎定位模塊包括用于獲取運動速度的光電編碼器和用于獲取姿態角數據的陀螺儀。

5.根據權利要求4所述的三輪全向移動機器人的運動控制方法，其特征在于，步驟S2的具體方法為：

通過控制器將由光電編碼器獲取的運動速度乘以光電編碼器獲取數據的時間周期得到三輪全向移動機器人的行進距離；通過控制器將行進距離分別與陀螺儀獲取的姿態角數據的正弦和余弦相乘，得到三輪全向移動機器人在直角坐標系下的橫縱坐標。