[发明专利]一种轮腿式移动机器人蠕动的控制系统及其控制方法

说明书

本发明提供了一种轮腿式移动机器人蠕动的控制系统及其控制方法，涉及机器人控制技术领域。该控制系统包括速度传感器、比较器、微分器、模糊控制器、保留器、下一级控制器、驱动车轮和制动车轮。该控制方法的步骤为：首先，通过采集信号并计算获得机器人制动车轮的线速度误差和线速度误差变化率，将制动车轮的线速度误差和线速度误差变化率输入到模糊控制器中，模糊控制器输出驱动轮和制动轮滑转率的调节增量，经保留器与上一次滑转率值相加迭代并将最终滑转率目标值输入到下一级控制器中，进而调整驱动轮和制动轮转速达到目标滑转率。通过采用本方法，能充分利用制动轮后退阻力，降低机器人车体蠕动对驱动轮牵引力和转速要求，减少车体后退，提高行驶效率，从而达到降低能量消耗的目的。

技术领域

本发明属于机器人控制技术领域，具体而言，涉及一种轮腿式移动机器人蠕动控制系统及其控制方法。

背景技术

随着各国对月球和火星等星球探测程度的不断加深，陨石坑等复杂环境也成为了探测的目标，这要求星球探测移动机器人具备较强的大角度爬坡移动能力和多地形自适应能力。轮腿式移动机器人具有多自由度轮腿结构可实现蠕动等多种步态，具备较强移动能力，被广泛用于星球探测中。轮腿式移动机器人在蠕动爬坡过程中，由于驱动车轮与制动车轮的不协调会造成制动轮后退滑移较大和驱动轮滑转率过大的情况，这些都会增加机器人的能源消耗和爬坡失败的风险。因此，驱动轮与制动轮之间的协调控制是充分发挥机器人牵引能力和节省能源的一个重要问题。

为解决上述问题，一些研究人员通过在车轮安装六维力传感器来实现对车轮牵引力的直接控制，但六维力传感器较重不适合安装在机器人上。在一定滑转率变化范围内，车轮牵引力随滑转率增大而增大，一些研究人员根据驱动轮和制动轮的牵引力和后退阻力需求，制定了以滑转率为目标的车轮转速控制方法，但对于复杂多变的地形，轮地接触模型参数和合适的车轮目标滑转率很难准确确定。因此，需要增强控制方法的智能化程度，提高对多变地形的自适应能力。

发明内容

本发明解决的问题是轮腿式移动机器人在蠕动过程中驱动轮与制动轮不协调造成驱动车轮滑转率过大、车体后退较大而导致机器人爬坡失败和增大机器人能耗的问题。

本发明提供一种轮腿式移动机器人蠕动控制系统及其控制方法，所述控制系统包括速度传感器、比较器、微分器、模糊控制器、保留器、下一级控制器、驱动车轮和制动车轮；

所述速度传感器用于测得车轮实际线速度；

所述比较器用于计算制动车轮线速度误差；

所述微分器用于计算线速度误差变化率；

所述模糊控制器用于模糊推理得到车轮滑转率调节增量；

所述保留器用于保存上一次滑转率目标值；

所述下一级控制器用于控制车轮转速以使车轮达到目标滑转率；

所述驱动车轮和制动车轮为控制系统的控制对象。

所述控制方法包括如下步骤：

(一)利用所述速度传感器获取机器人蠕动过程制动车轮的线速度，并得到制动轮平均线速度v＝∑v_i/j(j为制动轮数量)，规定机器人后退方向速度符号为负。所述比较器的两个输入量分别为机器人制动车轮的实际线速度和目标线速度0，并通过比较器和微分器计算得到制动车轮的线速度误差e＝v-0＝v和线速度误差变化率

(二)把获得的制动车轮的线速度误差和线速度误差变化率作为所述模糊控制器的输入量，利用隶属函数模糊量化获得两个对应的模糊输入量E和EC；

(三)把获得的制动车轮线速度误差和线速度误差变化率两个模糊输入量E和EC根据模糊规则进行模糊推理，以获得对应的驱动轮滑转率调节增量和制动轮滑转率调节增量两个模糊控制输出量ΔS_dri和ΔS_bra；