[发明专利]差速驱动式移动机器人的操纵杆直接控制方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种差速驱动方式移动机器人的操纵杆交互控制方法，主要是应用操纵杆直接控制差速驱动机器人移动，并实现转弯半径从0到∞的平滑过渡的控制方法，属于机器人控制技术领域。

二、背景技术

差速驱动方式是一种常见的移动机器人驱动方式，如双轮驱动式移动机器人和履带式移动机器人，它们通过对两侧驱动电机的转速差的控制，实现机器人的直线前进、直线后退、原地左转、原地右转以及行进中转向等行为。

目前移动机器人在复杂环境中的移动还离不开人的参与。用操纵杆控制移动机器人的移动是一种常用的人机交互控制方式。操纵杆(也称为摇杆或控制杆)是一种常见的人机交互设备。操纵杆手柄的操作区相当于一个二维平面，可以输出二维坐标；而地面移动机器人相当于在平面上移动，因而操纵杆也常被用于交互控制移动机器人的移动。为了用操纵杆控制移动机器人，必须建立操纵杆与移动机器人之间的映射关系。

用操纵杆控制移动机器人的传统方法有两种，各有其优缺点。

一种是将操纵杆手柄的偏移量(相对初始的中心位置)作为一个矢量，其方向对应移动机器人移动的方向，其偏移量对应移动机器人移动的速度；然后由移动机器人的控制器将速度矢量按移动机器人自身的控制律进行分解，转化成对应驱动电机的转速进行控制。其优点是形象直观，缺点是存在一些奇异位置，并且不能实现转弯半径的无缝变化。例如移动机器人当前静止，方向朝向正前方。操纵杆向左推到极限位置，代表希望移动机器人转向90度。但此时是原地零半径转向还是一轮不动另一轮转动实现转向还是其它方式实现转向，只能依赖于事先设定好的控制律。并且此时的幅值如何与速度映射也存在争议。

另一种是将操纵杆的偏移量(相对初始的中心位置)映射为移动机器人当前的位置(或位置增量)，再由移动机器人的控制器按预先设定的控制律控制机器人移动实现位置的变化。

传统用操纵杆控制移动机器人的映射方法，离不开和移动机器人预先设定的控制律相结合，因而在交互控制时总会存在奇异位置或控制时受到局限。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种利用操纵杆(也叫摇杆或控制杆)直接控制差速驱动式移动机器人两侧驱动器转速的方法，该方法不会有奇异位置，可以实现转弯半径从0到∞的平滑过渡，从而可以让操作者直接控制移动机器人移动。

本发明一种差速驱动式机器人移动的操纵杆直接控制方法，是在以下硬件载体上实现的：操纵杆、模数转换器A/D、数字信号处理模块以及差速驱动式移动机器人。以上硬件的连接方式如图1所示：操纵杆的位置变化通过电位计测量，电位计的电压可通过模数转换器A/D转化为数字信号被输入或采集到数字信号处理模块中，数字信号处理模块对操纵杆的输出信号经过本方法进行变换处理后映射为差速驱动式移动机器人两侧电机的期望转速，该期望转速发送给移动机器人控制器，由移动机器人控制器驱动对应的电机达到期望转速，从而实现移动。

其中，该操纵杆可选用工业摇杆或者游戏摇杆。该游戏摇杆作为悉知的计算机外围配件，已经内置模数转换器A/D和单片机，与计算机通过通用串行总线USB或标准RS232串口总线进行通讯。而工业摇杆一般只提供裸信号。一般操纵杆还会提供额外的按键作为开关式信号命令使用。

其中，该模数转换器A/D负责将电位计的电压信号转换为数字信号。该模数转换器A/D精度一般分为8位、10位、12位和16位。现在的单片机和数字信号器DSP一般都集成有模数转换器A/D。

其中，该数字信号处理模块可选用个人计算机，工控计算机，或数字信号处理器DSP，或单片机(如PIC单片机，AVR单片机)。

在实际应用中该模数转换器A/D可以是和操纵杆或数字信号处理模块集成在一起的。

其中，该差速驱动式移动机器人可选用轮式或履带式移动机器人，如美国的PIONEER-3型双轮移动机器人、北京博创公司的Vioyager系列移动机器人等等。

其中，数字信号处理模块与移动机器人之间利用有线或无线的方式进行通讯，具体实现方式可通过RS232电缆连接或采用无线数传电台、蓝牙或无线局域网802.11a/b/g等。

本发明一种差速驱动式机器人移动的操纵杆直接控制方法，其控制方法流程框图(即操纵杆直接控制差速驱动式移动机器人差速的整体方案示意图)如图1所示，基于上述硬件搭接，该控制方法由以下具体步骤实现：