[发明专利]一种基于电控电驱的螺旋推进式移动平台及其控制方法

权利要求书

1.一种电控电驱的四轮螺旋推进式移动平台，其特征在于：包括螺旋推进轮左前轮(2)、螺旋推进轮左后轮(1)、螺旋推进轮右前轮(3)、螺旋推进轮右后轮(4)；螺旋推进轮左前轮和螺旋推进轮左后轮通过轮子两端的轴承座同轴线固定在铝型材纵梁A(7)和铝型材纵梁B(8)上，螺旋推进轮右前轮和螺旋推进轮右后轮通过轮子两端的轴承座同轴线固定在铝型材纵梁C(9)和铝型材纵梁D(10)上，螺旋推进轮左前轮、螺旋推进轮左后轮与螺旋推进轮右前轮、螺旋推进轮右后轮平行排列，铝型材纵梁A、铝型材纵梁B、铝型材纵梁C、铝型材纵梁D分别通过紧固角码垂直固定于铝型材横梁A(5)，铝型材横梁B(6)上；螺旋推进轮左后轮、螺旋推进轮右前轮的螺线旋向从移动平台车头(X轴负方向所指方向)看为顺时针方向螺旋，旋推进轮左前轮、螺旋推进轮右后轮的螺线旋向从移动平台车头(X轴负方向所指方向)看为逆时针方向螺旋，每一个螺旋推进轮使用一个独立的蜗杆电机驱动。

2.根据权利要求1所述的一种电控电驱的四轮螺旋推进式移动平台，其特征在于：每一个螺旋推进轮上的螺纹的最外廓嵌有防滑橡胶条。

3.根据权利要求1所述的一种电控电驱的四轮螺旋推进式移动平台，其特征在于：每一个螺旋推进轮上的螺线都为三条等距螺旋线，螺旋轮两端直径略小于中间部分，使之与地面形成一定弧度。

4.一种驱动电控电驱的四轮螺旋推进式移动平台的控制方法，其特征在于：通过惯性导航传感器与地磁传感器获得的数据对当前移动平台姿态进行计算，采用Kalman滤波对上述传感器数据进行处理；使用微控制器对螺旋推进式移动平台进行统一控制的方法；具体过程包括：

步骤1：在启动四轮螺旋推进式移动平台的微控制器时，先对传感器和各执行机构进行初始化和自检；

步骤2：从控制端得到一个给定向量v_x、v_y、ω_R分别为四轮螺旋推进式移动平台给定的水平方向速度，垂直方向速度和移动平台几何中心垂直于地面方向的角速度。左乘解耦矩阵a、b、c分别为解耦矩阵元素；由分别得到螺旋推进轮左前轮(2)、螺旋推进轮左后轮(1)、螺旋推进轮右前轮(3)、螺旋推进轮右后轮(4)的转速ω_A、ω_B、ω_C、ω_D；

步骤3：根据步骤2的结果W矩阵，读出每个螺旋推进轮的转速，正数表示电机顺时针驱动螺旋推进轮，负数表示电机逆时针驱动螺旋推进轮。采用PWM技术，根据计算得到的转速调节占空比从而控制蜗杆电机的转速，每个蜗杆电机的占空比(X＝A，B，C，D)，其中ω_MAX为W矩阵计算结果的理论最大值，即ω_MAX＝max(a，b，c)×max(v_x，v_y，ω_R)；

步骤4：读取惯性测量传感器的六轴数据(三轴角速度，三轴线加速度)与地磁传感器的三轴地磁场强分量，经过Kalman滤波与数据融合后得到当前的其中v′_x，v′_y，ω′_R分别为四轮螺旋推进式移动平台通过传感器数据计算得到的水平方向速度，垂直方向速度和移动平台几何中心垂直于地面方向的角速度；

步骤5：取步骤2所得V_given与步骤4所得V_sensor做差，可得速度矢量误差V_given为给定速度，将结果送入微控制器，根据单环PID公式可得下一时刻输入的实际速度矢量组为：

其中K_p，K_I，K_D分别为PID调节算法中的比例系数，积分系数和微分系数；

循环执行步骤2至步骤5，通过PID算法实现对给定速度矢量的无差跟踪，从而实现控制。