[发明专利]差速驱动式移动机器人的操纵杆直接控制方法

摘要

一种差速驱动式移动机器人的操纵杆直接控制方法，由以下具体步骤实现：(1)建立用操纵杆控制移动机器人系统；(2)建立操纵杆输出控制信号与差速驱动式移动机器人驱动器转速的映射关系；此步骤由数字信号处理模块相应的控制软件上完成；(3)将(ω_L，ω_R)同时输给差速驱动式移动机器人的控制器，作为两侧车轮的驱动器的期望转速，从而控制差速驱动式移动机器人移动。其技术方案克服了这些缺陷，将操纵杆的控制信号直接映射为控制差速驱动式机器人两侧驱动器的转速，从而让操作者可以直接控制底层电机转速，实现转弯半径从0到∞的平滑过渡，并且操纵杆手柄的运动趋势与移动机器人的移动趋势仍保持一致。

主权项

1、一种差速驱动式移动机器人的操纵杆直接控制方法，其特征在于：它是由以下具体步骤实现：(1)建立用操纵杆控制移动机器人系统；具体为：选择预定的操纵杆，该操纵杆在初始位置的电位计1转轴、电位计2转轴、操纵杆手柄轴线三者相互正交，电位计1和电位计2的值代表操纵杆手柄的位置；用模数转换器A/D将操纵杆手柄输出信号量化并与数字信号处理模块相连接，选择差速驱动式移动机器人作为控制对象，并与数字信号处理模块进行通讯；(2)建立操纵杆输出控制信号与差速驱动式移动机器人驱动器转速的映射关系；此步骤由数字信号处理模块相应的控制软件上完成，具体为：i)操控手柄使电位计1和电位计2转动，拨动滑钮改变电位计3位置，从而改变输出电压；电位计1和电位计2的电压经模数转换器A/D转换后的量化值分别假设为u和v，一般u和v具有相同的转换值范围，设为[0，MAX]，即u，v∈[0，MAX]；电位计3的电压经模数转换器A/D转换后的量化值设为K，电位计3的电压量化值范围与电位计1和电位计2电压量化值范围一般不同，设其范围为[0，K_max]，即K∈[0，K_max]；ii)手柄在初始位置时电位计量化值设为u₀、v₀，一般u0=v0=ROUND(MAX+12)]]>(其中ROUND(x)表示对x按四舍五入法则取最接近整数)；操纵杆输出变化范围及初始位置均通过标定获得；以变量u和v为轴建立坐标系，以表示操纵杆的手柄输出从最小[0，0]到最大值[MAX，MAX]；其中左上角为原点(0，0)，u轴与v轴确定的平面与手柄初始位置轴线垂直，并且u轴和v轴分别与初始位置的电位计1和电位计2的轴线平行，则以坐标点(0，0)和坐标点(MAX，MAX)确定的矩形区域为操纵杆的手柄输出范围，初始手柄的位置在(u₀，v₀)；手柄位置变动时，相当于点在该平面内移动，其坐标值(u，v)即为手柄的量化输出值；iii)在uv轴决定的坐标平面上，以O为原点，建立O—XY坐标系，其中Y轴与v轴平行而方向相反，指向朝向手柄正前方，X轴与u轴平行且方向相同，指向手柄右方；其相当于将uv坐标系原点先平移至0点，再将v轴方向翻转180度；则手柄的任意位置P点在O-XY坐标系中的坐标(x，y)与在uv坐标系中的坐标(u，v)具有如下关系：xy=u-v+-u0v0]]>           (式1)iv)将O-XY坐标系绕0点逆时针转动45度获得新坐标系O-X′Y′，则P点在O-X′Y′坐标系中的坐标(x′，y′)与在O-XY坐标系中的坐标(x，y)的转换关系为：(式2)v)将新的X′轴(即原来的y＝x直线)映射为移动机器人左驱动轮的角速度ω_L，将Y′轴(即原来的y＝-x直线)映射为移动机器人右驱动轮的角速度ω_R，其映射关系为：ωLωR=Kωx′y′ω0]]>           (式3)其中：K_ω为角速度映射系数，为无量纲单位；ω₀为基准映射转速度，单位为弧度/秒(rad/s)；ω₀由移动机器人单侧车轮最大期望转速ω_max(由移动机器人特性决定)、K_max和操纵杆参数按下式确定：ω0=ωmaxKmaxu02+v02]]>           (式4)由(式1)~(式3)，得操纵杆手柄输出与移动机器人转速之间的关系为：(式5)(3)将(ω_L，ω_R)同时输给差速驱动式移动机器人的控制器，作为两侧车轮的驱动器的期望转速，从而控制差速驱动式移动机器人移动。