[发明专利]一种移动机器人速度平滑插值方法

说明书

本发明公开了一种移动机器人速度平滑插值方法，包括以下步骤，建立插值函数模型；对所述插值函数模型进行优化处理得到速度控制曲线模型；将优化处理后的所述速度控制曲线模型与所述移动机器人当前状态结合得到电机所需的控制量模型；根据不同移动平台的控制频率提前计算出能够选取的插值量。本发明的有益效果：一是使用灵活，能够根据不同平台灵活选取插值点进行控制量计算；二是能够有效提升手动操作模式下移动机器人的运动性能，避免启停剧烈造成的危险；三是对于运行速度越高的移动机器人，插值效果越明显。

技术领域

本发明涉及移动机器人的技术领域，尤其涉及一种移动机器人速度平滑插值方法。

背景技术

现有移动机器人的控制系统一般分为两部分，负责数据运算的上位机和负责轮速控制的下位机，上位机经过运动学计算将控制速度发送给下位机，下位机不时读取设备状态数据，转换成数字信号反馈给上位机。而移动机器人的运动模式通常包括自主导航和手动操作两种方式；自主导航时，控制速度由上位机进行计算并发送；手动操作则是为了满足一些特殊情况，人为的操控移动机器人的运动。手动操作时，通常需要完成移动机器人的起步、停止、转弯操作。目前，多采用固定的加速度进行手动操作来实现上述三个功能。对于低惯量移动机器人，其速度基本能瞬间达到目标速度，启停剧烈造成车体抖动；然而，对于一些装载有机械手的或者惯量较大的移动机器人，上述现象就显得十分危险，因此需要采取合适的措施避免启停剧烈的现象。

目前在工业机器人领域，对速度插值的研究已经诞生多种类型的插值函数，但在移动机器人领域这一片内容尚属空白，并且现有曲线速度控制方法用于手动操作下的机械臂单轴控制，将其加速和减速过程各分为三段进行区分，最后采用线性化后的加速度进行机械臂的控制。上述操作通过对电机脉冲数计算来判断加减速过程，对移动机器人来讲，由于控制速度的发送基于车体中心坐标系，并无装置可以提供上述脉冲数。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有移动机器人存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明目的是提供一种手动操作模式下的移动机器人速度插值方法，根据移动机器人的运动需求，提出采用S型插值函数进行移动机器人的手动操作速度控制，避免移动机器人手动操作模式下启停剧烈的现象。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种移动机器人速度平滑插值方法，包括以下步骤，建立插值函数模型；对所述插值函数模型进行优化处理得到速度控制曲线模型；将优化处理后的所述速度控制曲线模型与所述移动机器人当前状态结合得到电机所需的控制量模型；根据不同移动平台的控制频率提前计算出能够选取的插值量，并将选取的插值量直接代入所述控制量模型中计算，将计算结果应用于移动机器人速度控制系统中。

作为本发明所述的移动机器人速度平滑插值方法的一种优选方案，其中：所述建立插值函数模型为S型函数，且函数模型：

作为本发明所述的移动机器人速度平滑插值方法的一种优选方案，其中：所述优化处理还包括在一定的范围内对所述插值函数模型进行归一化，使其值域处于[0,1]，定义域处于[0,1]，并同时满足下列条件：

作为本发明所述的移动机器人速度平滑插值方法的一种优选方案，其中：采取缩放法进行归一化处理，并满足上述条件，且还包括以下步骤，

假设所述插值函数模型通过横坐标与纵坐标平移与缩放得到所需函数模型如下：

其中，参数a决定横坐标缩放尺度，k与放大倍数有关，b与相位有关，c与截距相关。