[发明专利]一种基于规则的移动机器人速度调节方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于规则的移动机器人速度调节方法及系统，该方法包括：基于移动机器人的设定速度和最低速度计算参考路段长度；基于轮胎力学计算每个参考点对应的移动机器人的动力学期望速度；基于运动几何关系计算每个参考点对应的移动机器人的运动学期望速度；选取每一参考点所对应的动力学期望速度、运动学期望速度以及设定速度中的最小值，作为相应参考点所对应的移动机器人的期望速度；基于参考路段中所有参考点所对应的期望速度中的最小值、设定速度以及移动机器人当前的运行速度，确定移动机器人下一时刻的运行速度。本发明可在保障控制精度的前提下，提高移动机器人的运行效率。

技术领域

本发明涉及移动机器人自主行驶控制技术领域，特别涉及一种基于规则的移动机器人速度调节方法及系统。

背景技术

目前应用于工业生产过程中的移动机器人通常运行速度较低，提升运行速度可以有效提高移动机器人的工作效率。但是当移动机器人以较高的运行速度跟踪曲率较大的参考路径时，受转向机构约束、地面附着约束等因素的影响，可能出现打滑、侧滑等使移动机器人自主行驶控制精度下降甚至自主行驶控制失败的情况。通过动态调节运行速度可以提高移动机器人直线行驶时的运行效率，并避免移动机器人转弯时出现打滑、侧滑等情况。

现有的移动机器人速度调节方法有两种，一种是基于规则的速度调节方法，另一种是基于模型预测控制的速度调节方法。

基于规则的速度调节方法的技术特征包括：以移动机器人前方参考路径的曲率为指标设置速度调节规则，如移动机器人前方x m处参考路径的曲率绝对值大于等于y m^-1时，期望速度设置为z m/s，或移动机器人前方x m处参考路径的曲率绝对值等于y m^-1时，期望速度设置为f(y)m/s。这种方法存在的问题是难以选择适当的距离x，当距离x较短时，移动机器人可能无法在转弯前将运行速度降至安全阈值，当距离x较长时，移动机器人则会以较低的运行速度行驶较长时间。基于模型预测控制的速度调节方法的技术特征包括：以移动机器人预测位姿与参考路径之间误差或移动机器人侧向速度为指标设置优化目标函数，对移动机器人的运行速度进行调节。这种方法存在的问题主要是模型预测控制器的计算成本较高，无法在低成本硬件上实时运行。

发明内容

本发明提供了一种基于规则的移动机器人速度调节方法及系统，以解决移动机器人无法在转向前适当时机减速、加速的技术问题，在保障控制精度的前提下提高移动机器人的运行效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于规则的移动机器人速度调节方法，包括：

基于移动机器人的设定速度和最低速度，计算参考路段长度；在参考路径上设置多个参考点，多个参考点间的参考路段弧长之和等于所述参考路段长度；

基于轮胎力学，根据各参考点处的参考路径曲率和移动机器人转向时保持侧向稳定性的最大侧向加速度，计算每个参考点对应的移动机器人的动力学期望速度；

基于运动几何关系，根据各参考点处的参考路径曲率、移动机器人轮距和最大速度，计算每个参考点对应的移动机器人的运动学期望速度；

选取每一参考点所对应的动力学期望速度、运动学期望速度以及设定速度中的最小值，作为相应参考点所对应的移动机器人的期望速度；

基于参考路段中所有参考点所对应的期望速度中的最小值、设定速度以及移动机器人当前的运行速度，确定移动机器人下一时刻的运行速度。

进一步地，所述基于移动机器人的设定速度和最低速度，计算参考路段长度，包括：

基于移动机器人的设定速度和最低速度，采用下式，计算参考路段长度：