[发明专利]一种轮式移动机器人转向控制方法

说明书

本发明公布了一种轮式移动机器人转向控制方法，属于机器人自动控制技术领域，本发明基于四轮独立驱动轮式移动机器人平台，实现轮式移动机器人在低速和高速不同工况下的不同转向方式，原地转向或低速工况下，离合器结合将转向拉杆抱死以保证机器人车轮无转向角产生，通过控制左右轮转速不同来实现机器人的滑动转向；高速工况下，离合器分离保证转向拉杆可左右移动，此时通过控制左右轮驱动力矩不同迫使车轮往驱动力矩小的一侧转动，从而实现移动机器人的差动转向操作。本发明能够实现轮式移动机器人在不同速度工况下的最佳转向性能，避免了滑动转向在高速工况下转向失稳，可以结合低速滑动转向和高速差动转向的优势。

技术领域

本发明涉及机器人自动控制领域，具体涉及一种轮式移动机器人转向控制方法。

背景技术

滑动转向机制是运用在各种轮式移动机器人上的最为常见的一种转向控制方式。滑动转向的移动机器人可以取消专门的转向机构，所以结构简单并能够提高空间利用率。其两侧的车轮可以单独驱动，通过控制左右侧车轮的转速不同，可以实现轮式移动机器人不同转向半径的转向。当左右两侧车轮转速相等方向相反时，甚至可以实现机器人的原地转向。因此，滑动转向方式在低速工况下具有较好的转向机动性，可以在转向空间受到限制的环境下得到较好的应用。

但是滑动转向方式需要移动机器人提供较大的纵向驱动力差来克服转向带来的高阻力矩，这就造成滑动转向高速失稳问题。在高速工况下，轮式移动机器人无法提供足够的驱动转矩，所以滑动转向方式的移动机器人在高速时需要先减速以提供足够的驱动转矩用于转向。同时，较高的驱动转矩也带来了高能耗的问题。

如果在机器人前轴和后轴左右两侧车轮之间分别安装转向梯形机构，并且每个车轮可以绕着其主销转动。对于车轮驱动电机驱动的轮式移动机器人，在左右侧车轮的驱动力不同时，所产生的差动力矩可以驱使车轮绕着主销向驱动力小的一侧转动。这一种转向方式被称为差动转向。通过差动转向，轮式移动机器人可以实现高速转向而无需牺牲速度来满足转向稳定性的要求。但这种转向方式无法实现原地转向操作并在较低速度转向时存在明显的局限性。

综上所述，为满足在不同速度工况下轮式移动机器人转向性能的要求，单独依靠一种转向方式并不能应对不同速度工况下的各种问题。所以，研究如何使轮式移动机器人在不同速度都能保持较好转向性能具有重要的实际意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对上述轮式移动机器人在不同速度条件下转向性能的不足，本发明提供了一种新的轮式移动机器人转向控制策略，可以结合不同转向方式在不同速度工况下的转向性能优势。

本发明采用以下技术方案：

(1)移动机器人原地转向时，控制器控制驱动器驱动离合器，将转向拉杆抱死。此时车轮不能绕着主销转动从而产生转向角，移动机器人只能依靠滑动转向实现转向操作。电机控制器控制两侧车轮驱动电机驱动力大小相等、方向相反，实现移动机器人的原地转向。

(2)在移动机器人运动过程中需要转向时，控制器根据当前车速、转向需求的驱动力矩差以及地面附着条件等来判断轮式移动机器人选择哪种转向方式。

(3)移动机器人在低速工况下移动时，左右轮驱动电机能够提供足够的驱动力差驱动移动机器人滑动转向，不会超过电机的功率极限。此时，控制器控制启动器驱动离合器，将转向拉杆抱死。电机控制器控制两侧车轮驱动电机驱动力不同，产生驱动力矩差驱动移动机器人滑动转向。驱动力矩差越大，转弯半径越小。

(4)移动机器人在高速工况下移动时，由于电机的最大功率限制，左右轮驱动电机不足以提供足够的驱动力差驱动移动机器人滑动转向。此时，控制器判断需要切换到差动转向，控制器控制驱动器分离离合器。电机控制器控制两侧车轮驱动电机，产生驱动力差可以驱动车轮分别绕其主销转动，从而产生转向角。驱动力矩差越大，产生的转向角越大。