[发明专利]一种适用于独立式自动跟踪的局部可柔度虚杆转弯控制系统

摘要

本发明公开了一种适用于独立式自动跟踪的局部可柔度虚杆转弯控制系统，该系统包括有激光测距仪、GPS导航设备、三轴陀螺仪、码盘、摄像头、第一运动状态检测单元、第二运动状态检测单元和局部可柔虚杆自主跟踪系统。该系统首先通过激光雷达对目标机器人进行检测，得到目标机器人相对于自主跟随机器人的距离与位姿，利用自主跟随机器人的自我定位信息得到目标机器人在全局坐标系中的位置坐标，由目标机器人当前点以及历史点即可通过局部可柔度虚杆模型得到目标机器人运动的轨迹曲线，进而获知刚性段与柔性段的拐点。更能使自主跟随机器人精确地复现目标机器人的运动轨迹。

主权项

1.一种适用于独立式自动跟踪的局部可柔度虚杆转弯控制系统，该局部可柔度虚杆转弯控制系统加载在智能移动机器人的主控制器内，所述的独立式自动跟踪是指自主跟随智能移动机器人复现目标智能移动机器人的前行轨迹，其特征在于：该局部可柔度虚杆转弯控制系统包括有激光测距仪(1)、GPS导航设备(2)、三轴陀螺仪(3)、码盘(4)、摄像头(5)、第一预处理单元(10)、第二预处理单元(20)、第三预处理单元(30)、第四预处理单元(40)、第一运动状态检测单元(7)、第二运动状态检测单元(8)和局部可柔虚杆自主跟踪系统(6)；激光测距仪(1)、GPS导航设备(2)、三轴陀螺仪(3)、码盘(4)和摄像头(5)安装在自主跟随智能移动机器人上；激光测距仪(1)用于检测自主跟随机器人(后车)前方180°范围内物体距其的位置信息D₁＝{P₁，P₂，…，P_i，…}；第一预处理单元(10)对D₁＝{P₁，P₂，…，P_i，…}依据距离与角度关系进行处理，得到前车相对后车的位置信息ρ_C，θ_C；GPS导航设备(2)用于测量自主跟随机器人(后车)当前的位置信息D₂＝(D_经度，D_纬度)；第二预处理单元(20)依据全局坐标转换关系对D₂＝(D_经度，D_纬度)进行坐标映射，得到自主跟随机器人(后车)在全局坐标系O-XY下的位置三轴陀螺仪(3)用于测量自主跟随机器人(后车)当前运动的角速度信息D₃＝(D₃₁，D₃₂，D₃₃)；第三预处理单元(30)对D₃＝(D₃₁，D₃₂，D₃₃)依据航向角关系Δβ＝D₃₃×t_s进行处理，得到自主跟随机器人(后车)当前航行的角度相对前一时刻t′的角度增量Δβ，t_s表示陀螺仪的采样时间；码盘(4)用于测量自主跟随机器人(后车)运动过程以脉冲序列形式输出的距离信息D₄；第四预处理单元(40)对D₄利用脉冲-距离关系ΔS＝∑D₄×M进行处理，得到自主跟随机器人(后车)在采样时间间隔Δt＝t-t′内前进的位移ΔS；摄像头(5)用于实时采集目标机器人(前车)前行的图像信息PCK；第二运动状态检测单元(8)第一方面依据航位推算方法对Δβ和ΔS进行处理，来更新自主机器人在全局坐标系O-XY下的当前位置坐标；表示自主跟随机器人(后车)前一时刻的位置坐标；β_t′表示自主跟随机器人(后车)前一时刻的航向角度大小；第二运动状态检测单元(8)第二方面利用位移与速度的关系对ΔS进行处理，得到当前时刻自主跟随机器人(后车)的速度信息v_F；然后利用速度与加速度的关系求出当前时刻自主跟随机器人(后车)的加速度信息a_F；v′_F表示前一时刻自主跟随机器人(后车)的速度信息；第二运动状态检测单元(8)第三方面进行位移ΔS的累积，即S_F＝∑ΔS；所述第二运动状态检测单元(8)一方面输出给第一运动状态检测单元(7)，另一方面输出D₈₂＝{v_F，a_F，S_F}给局部可柔虚杆自主跟踪系统(6)；第一运动状态检测单元(7)首先依据位姿转换关系式对接收的D_F-L＝{ρ_C，θ_C}和进行处理，得到目标机器人(前车)在全局坐标系O-XY下的位置坐标然后依据位移与速度的关系获得目标机器人(前车)在当前时刻的速度信息v_L；然后利用速度与加速度的关系求出当前时刻目标机器人(前车)的加速度信息a_L；表示目标机器人(前车)前一时刻的位置坐标；v′_L表示前一时刻目标机器人(前车)的速度信息；所述第一运动状态检测单元(7)输出给局部可柔虚杆自主跟踪系统(6)；局部可柔虚杆自主跟踪系统(6)对接收的和D₈₂＝{v_F，a_F，S_F}进行复现跟随处理，得到自主跟随机器人(后车)在当前虚杆的横向力的作用下的期望角速度w、自主跟随机器人(后车)在当前虚杆内的纵向力的作用下的加速度a_Fnew和期望线速度v_Fnew；最后主控制器根据所述的w、a_Fnew和v_Fnew对自主跟随机器人(后车)的执行结构进行控制，实现沿目标智能移动机器人前行轨迹进行前行。