[发明专利]一种轮式机器人沿斜坡中线自动行走的控制系统

权利要求书

1.一种轮式机器人沿斜坡中线自动行走的控制系统，其特征在于，该系统包括斜坡边缘识别模块(10)、靶标距离识别模块(20)、斜坡倾角识别模块(30)、中央控制器(40)，以及自适应斜坡倾角驱动模块(50)，其中：

该斜坡边缘识别模块(10)包括单线激光雷达传感器，该单线激光雷达传感器被设定为垂直于轮式机器人的前端面放置，并用于对轮式机器人的前端面中心距离斜坡左右边缘的距离d1和d2进行实时感测，同时将感测信号及距离偏差值Δd传输至所述中央控制器(40)以作为轮式机器人转角控制的输入；

该靶标距离识别模块(20)包括两个深度相机，它们分别对称安装于轮式机器人的前端下部两侧，并用于对轮式机器人自身距离斜坡上靶标的相对距离s进行实时测量及计算，同时将测量及计算结果传输至所述中央控制器(40)以作为轮式机器人速度控制的输入；

该斜坡倾角识别模块(30)包括陀螺仪传感器，它一方面用于对轮式机器人相对于斜坡的俯仰偏角α进行实时监测，并反馈至所述自适应斜坡倾角驱动模块(50)以便对轮式机器人自适应调整驱动参数；另一方面，还用于对轮式机器人相对于水平面的转角进行实时监测以获得轮式机器人与斜坡中线的第一偏角Δθ₁，同时结合所述单线激光雷达传感器的感测信号计算得出轮式机器人与斜坡中线的第二偏角Δθ₂，进而取作为轮式机器人与斜坡中线的最终偏角Δθ传输至所述中央控制器；

该中央控制器(40)用于接收来自所述斜坡边缘识别模块的距离偏差值Δd、以及来自所述斜坡倾角识别模块的最终偏角Δθ，并基于此计算出所需的转角控制量以使得轮式机器人得以消除与斜坡中线的偏距值，由此确保轮式机器人可准确行走在斜坡中线上；此外，该中央控制器还用于接收来自所述靶标距离识别模块的相对距离s，并基于此计算出所需的速度控制量V_t，由此确保轮式机器人可精准停泊至靶标处；

该自适应斜坡倾角驱动模块(50)用于接收来自所述斜坡倾角识别模块的俯仰偏角α，基于此计算出轮式机器人所需的驱动电机输出转矩T，并相应对驱动电机的输出转速和输出功率进行调整，由此确保轮式机器人稳定行走于斜坡上；

所述转角控制量采用以下公式进行计算：

其中，Δθ为来自所述斜坡倾角识别模块的最终偏角；L表示轮式机器人的主动轮与所述单线激光雷达传感器之间的距离，L₀为轮式机器人自身的车体长度；Δd为来自所述斜坡边缘识别模块计算出的距离偏差值；

所述速度控制量V_t采用以下公式进行计算：

(i)当且时，

(ii)当且时，

其中，V₀为针对轮式机器人预设的减速截止速度，且表示对应的减速时间，且表示对应的减速距离，t表示时间变量；V_max和a_max为针对轮式机器人预设的行驶最大速度和行驶最大加速度；s来自所述靶标距离识别模块的相对距离。

2.如权利要求1所述的一种轮式机器人沿斜坡中线自动行走的控制系统，其特征在于，上述控制系统还包括执行机构模块(60)，该执行机构模块包括转向电机和行走电机，其中转向电机用于实现轮式机器人的舵轮定向转动，且可由转向驱动器执行局部的位置闭环控制；行走电机用于实现轮式机器人的舵轮转动行走，且可由行走驱动器执行局部的速度闭环控制。

3.如权利要求1或2所述的一种轮式机器人沿斜坡中线自动行走的控制系统，其特征在于，对于上述斜坡边缘识别模块(10)而言，所述距离偏差值Δd采用以下公式来计算得出:

Δd＝d1-d2

其中，d1和d2分别是轮式机器人的前端面中心距离斜坡左右边缘的距离；d为斜坡自身的宽度，L1和L2分别是所述单线激光雷达传感器对斜坡所扫描到的左右边界距离；h为所述单线激光雷达距离斜坡表面的高度。