一种基于运动学的巡视器轮系协调控制方法

一种基于运动学的巡视器轮系协调控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于运动学的巡视器轮系协调控制方法，该巡视器轮系包括两个前轮、两个后轮和两个中轮共六个轮子，其中两个前轮和两个后轮均为转向轮，该六个轮子在同一个平面上或不在同一个平面上，具体步骤如下：（1）、分别计算巡视器轮系中两个前轮和两个后轮的转向角，具体为首先计算转向轮的速度和位置使速度与位置互相垂直，从而求得转向角（2）求解巡视器轮系中六个轮子的速度并对速度进行调节，该方法使得巡视器在非平面地形下，仍能够最大限度地确保轮系运动的协调性，有效降低转向轮转角调节过程中由于转角误差过大给整器带来的非协调性负面影响，且适用各种复杂地形，具有良好的行走表现，实用性强。
【专利说明】一种基于运动学的巡视器轮系协调控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于运动学的巡视器轮系协调控制方法，可以应用于具有摇臂悬架式底盘结构并采用转向轮实施转向控制的漫游车辆的轮系协调控制。
【背景技术】
[0002]巡视器的轮系协调控制任务要求为，根据巡视器期望线速度和期望偏航角速度，分解得到各转向轮期望转角和驱动轮期望转速，同时根据转向轮当前转角给出转向轮期望转向角速度，实现驱动轮转速和转向轮转向速度协调控制。
[0003]为使移动车辆在行进中转弯时实现协调运动，理想状况下，应使各转向轮相对同一运动轴心具备相同的角速度，且各转向轮的运动方向均与轴心方向相切。
[0004]传统车辆的轮系协调运动仅需考虑平面时的情况即可，通过确立各转向轮与转向中心的平面几何关系，通过三角函数计算对各转向轮的转角进行分配。
[0005]一般车辆的转向角调节，仅需考虑平面时的情况，如图1所示为常见的四轮转向车辆转向轮转角分配示意图。图中Ob为车体坐标系原点，也即运动参考点，Okm为瞬时转向中心，两者的关系一般可用转向方位角％ 和转向半径Rs描述，图中Isi和Is2分别为前轮和
后轮到运动参考点的纵向距离。Bi为各转向轮转角，转向轮调节的控制目标为使各轮的行
进方向与瞬时转向中心方向 相切，即各轮均沿以Okm为圆心的一组同心圆的切线方向运动。
[0006]但对于巡视器而言，由于摇臂结构的存在，各轮并不会始终维持在同一平面上，如果按照摇臂结构零位状态进行转向轮的转角分配，则当摇臂转角随地形变化而发生变化时，并不能保证此时转向轮的运动方向仍与转向方向相切，此时转向轮将发生侧滑，即巡视器处于非协调运动状态，从而给巡视器的移动带来不确定性。

【发明内容】

[0007]本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于运动学的巡视器轮系协调控制方法，该方法使得巡视器在非平面地形下，仍能够最大限度地确保轮系运动的协调性，有效降低转向轮转角调节过程中由于转角误差过大给整器带来的非协调性负面影响，且适用各种复杂地形，具有良好的行走表现，实用性强。
[0008]本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的:
[0009]一种基于运动学的巡视器轮系协调控制方法，该巡视器轮系包括两个前轮、两个后轮和两个中轮共六个轮子，其中两个前轮和两个后轮为转向轮，所述六个轮子在同一个平面上或不在同一个平面上，具体实现步骤如下:
[0010]步骤(一)、分别计算巡视器轮系中两个前轮和两个后轮的转向角，具体方法为:
[0011](I)、建立巡视器车体坐标系OXYZ，其中巡视器车体前进的方向为X方向，Y方向与Z方向为垂直于X方向的平面内任意两条垂直向量所指的方向，且满足右手定则，计算两个前轮和两个后轮中每一个轮子相对于车体坐标系OXYZ的速度P[0012]
【权利要求】
1.一种基于运动学的巡视器轮系协调控制方法，其特征在于:所述巡视器轮系包括两个前轮、两个后轮和两个中轮共六个轮子，其中两个前轮和两个后轮为转向轮，所述六个轮子在同一个平面上或不在同一个平面上，具体实现步骤如下: 步骤(一)、分别计算巡视器轮系中两个前轮和两个后轮的转向角，具体方法为: (1)、建立巡视器车体坐标系OXYZ，其中巡视器车体前进的方向为X方向，Y方向与Z方向为垂直于X方向的平面内任意两条垂直向量所指的方向，且满足右手定则，计算两个前轮和两个后轮中每一个轮子相对于车体坐标系OXYZ的速度办iV:
2.根据权利要求1所述的一种基于运动学的巡视器轮系协调控制方法，其特征在于:所述巡视器轮系包括差动机构、两个主摇臂和两个副摇臂，其中两个主摇臂通过差动机构与巡视器车体连接，差动机构固定连接在巡视器车体上，使得左右两个主摇臂相对于差动机构的旋转角度大小相等、方向相反，每个主摇臂分别连接一个前轮和一个副摇臂，每个副摇臂分别连接一个中轮和一个后轮； 所述步骤(一)的(I)中计算两个前轮和两个后轮中每一个轮子相对于车体坐标系OXYZ的速度Av的具体方法如下: 对于两个前轮，i=l、2 ;有如下公式:
3.根据权利要求2所述的一种基于运动学的巡视器轮系协调控制方法，其特征在于:所述步骤(二)中求解巡视器轮系中六个轮子的速度I的具体方法如下:
【文档编号】B62D6/00GK103754259SQ201410003555
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】滕宝毅, 邢琰, 贾永, 毛晓艳, 刘祥, 何英姿, 王大轶, 陈建新, 何健, 刘云, 徐忠宾, 王磊, 党纪红, 万丽景, 张晋 申请人:北京控制工程研究所