[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

本發明公開了一種三輪全向移動機器人及其運動控制方法，三輪全向移動機器人包括Y型底盤，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；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。本發明在滿足全向移動機器人定位精度要求的基礎上，解決了現有定位技術的高成本、對CPU高要求及高研發難度的問題，為全向機器人的自主定位提供了一種經濟可行的解決方法。

技術領域

本發明涉及機器人領域，具體涉及一種三輪全向移動機器人及其運動控制方法。

背景技術

目前，全向機器人的運動控制及自定位主要是碼盤定位、激光雷達定位、視覺定位、全球定位系統(GPS)定位和超寬帶(UWB)定位。

碼盤定位：適用于短距離的移動，長距離的行走誤差較大。難以完成復雜路線的行進。

激光雷達：雖然定位精度很高，但成本昂貴。

視覺定位：主要借助攝像頭完成，應用領域廣泛，但攝像頭成本較高、圖像處理量巨大，對中央處理器(CPU)要求較高且實時性差。

GPS定位：只能應用于室外場景的定位，不適用于室內定位。

UWB定位：室內定位精度高，但至少需要3個基站的支持，成本高且研發難度高。

對于使用在固定路線上的移動機器人，例如倉庫內的物流機器人，由于其環境因素和成本因素的限制，激光雷達、視覺定位、GPS定位和UWB定位均不適用，碼盤定位雖然在固定路線(非復雜路線)中適用，但是在長時間的運行下，由于累計誤差、輪子打滑以及場地等原因會造成運動偏差，進而與設定運動路徑偏離產生較大的誤差。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種三輪全向移動機器人及其運動控制方法解決了現有移動機器人成本高或移動控制效果差的問題。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

提供一種三輪全向移動機器人，其包括Y型底盤，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；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；

基礎定位模塊，用于獲取三輪全向移動機器人的運動數據；

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；

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；

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。

進一步地，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。

進一步地，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；