CN104375504B - 一种陪跑机器人及其跟踪控制策略与运动控制方法 - Google Patents
一种陪跑机器人及其跟踪控制策略与运动控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104375504B CN104375504B CN201410466889.2A CN201410466889A CN104375504B CN 104375504 B CN104375504 B CN 104375504B CN 201410466889 A CN201410466889 A CN 201410466889A CN 104375504 B CN104375504 B CN 104375504B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- msub
- robots
- pao
- pei
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims description 30
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 238000009987 spinning Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 2
- MFRCZYUUKMFJQJ-UHFFFAOYSA-N 1,4-dioxane-2,5-dione;1,3-dioxan-2-one Chemical compound O=C1OCCCO1.O=C1COC(=O)CO1 MFRCZYUUKMFJQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000001012 protector Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
一种陪跑机器人及其跟踪控制策略与运动控制方法，机器人包括运动执行器、Kinect传感器、数据中转站、上位机系统、电源模块、转串口模块和嵌入式运动控制器；Kinect传感器通过数据中转站与上位机系统连接；数据中转站通过转串口模块、嵌入式运动控制器与运动执行器连接；电源模块向Kinect传感器、运动嵌入式控制器和运动执行器供电；其中运动执行器包含底盘、三组全向轮和电机，三组全向轮固定在底盘上，全向轮组与组之间的距离相等，电机与嵌入式运动控制器连接，电机驱动全向轮。本发明的陪跑机器人在底盘上设置三轮全向轮结构，使得该陪跑机器人具有高灵活性，可快速往任意方向移动，如能够纵向行驶、水平移动和自旋。
Description
技术领域
本发明涉及自主移动机器人领域，更具体地，涉及一种陪跑机器人及其跟踪控制策略与运动控制方法
背景技术
随着人们生活质量的提高，自主移动的机器人已经可以代替人来完成普通的清洁工作、货物搬运、儿童教育、家庭娱乐等各种事务，能灵活自主移动并能与人互动的机器人，不仅是一项极具应用前景的高新技术，也是当前机器人行业的研究重点。
目前，自主跟踪目标物体的移动机器人发展正处于起步阶段，还没有得到大规模的推广。现有技术中，提供了三种跟随机器人：跟随机器人(1)通过Kinect传感器采集深度信息，动态地更新保存地图，成功实现了目标跟踪和避障；跟随机器人(2)利用Kinect传感器的目标跟踪算法，结合目标的颜色和深度信息的方法减少跟踪过程中颜色相近物体的干扰；跟随机器人(3)结合路径跟随算法，把人的行走路径作为跟踪的路径，使陪跑机器人沿着与被跟随的人完全相同的路径行走。
跟随机器人(1)、(2)考虑的跟踪目标为对普通物体的跟踪，而非对人体的跟踪。在对人体进行跟踪的时候，由于人体的运动具有任意性，跟随机器人(1)、(2)无论是结构还是控制方法都不足以使移动机器人实现对人体的快速跟随；此外，跟随机器人(1)、(2)、(3)的平台为均为两轮差速结构，两轮差速结构的移动机器人为非全向移动机器人，在移动中的灵活度相对不足；同时，上述跟随机器人(1)、(2)、(3)跟踪目标物体时的运动速度较慢，难以实现跟随人体慢跑的功能。
发明内容
本发明的发明目的一是针对现有技术的不足，提供一种高灵活性、可快速往任意方向移动的陪跑机器人。
本发明的发明目的二是根据发明目的一陪跑机器人，提供一种跟踪控制策略与运动控制方法。
为了实现发明目的一，采用的技术方案如下：
本陪跑机器人包括运动执行器、设置于运动执行器上方的Kinect传感器、数据中转站、上位机系统、电源模块、转串口模块和嵌入式运动控制器；其中Kinect传感器通过数据中转站与上位机系统连接；数据中转站通过转串口模块与、嵌入式运动控制器与运动执行器连接；电源模块向Kinect传感器、嵌入式运动控制器和运动执行器供电；运动执行器包含底盘、三组全向轮和电机，三组全向轮固定在底盘上，全向轮组与组之间的距离相等，电机与运动控制器连接，电机驱动全向轮。
为了使陪跑机器人的运动控制更加精确，陪跑机器人还包括有测速模块，测速模块的输入端接运动执行器，测速模块的输出端接嵌入式运动控制器；测速模块为编码器，编码器的转动轴通过联轴器与电机连接。
进一步地，所述的电机为额定电压为24V的电机。
本发明的陪跑机器人中各部件需要四种电压：24V、12V、5V、3.3V。市场上电压为24V的电池只有蓄电池，这种电池比较重，为了降低陪跑机器人的负重，本发明的陪跑机器人的电源由两块12V的锂电池串联而成。
同时为了降低稳压芯片的损耗和稳压芯片本身的功耗，本陪跑机器人采用逐级降压的方式为各个功能模块供电，具体如下：
电源模块，包括顺次连接的电源、第一电压调节器、第二电压调节器和第三电压调节器，电源向电机供电；第一电压调节器的输出端接Kinect传感器，第二电压调节器的输出端接测速模块，第三电压调节器的输出端接嵌入式运动控制器。
进一步地，电源模块上设有电源指示灯。
进一步地，所述底盘包括六根等长的金属条和正三角形状钢板；每两根金属条作为一个金属条组，各金属条组内的两根金属条平行放置，各金属条组的一端分别固定在正三角形状钢板的三条上，另一端固定有电机，每组金属条之间的夹角为120度，全向轮设置在电机的外侧，电机驱动全向轮。
为了避免因碰撞破坏电机转轴和全向轮，所述全向轮的外侧设置有一个方形的保护槽。
为实现发明目的二，采用的技术方案如下：
一种陪跑机器人的跟踪控制策略与运动控制方法，包括以下步骤：
S1.Kinect传感器采集一至两名用户的骨骼信息，并将骨骼信息输送至上位机系统，其中骨骼信息包括多帧骨骼帧，骨骼帧上包含多个骨骼点；
S2.上位机系统对采集的骨骼信息进行读取，遍历所有骨骼帧上的骨骼点，对跟踪手势进行检测，若检测不到跟踪手势，跳至步骤S1；若检测到跟踪手势，上位机系统控制Kinect传感器对检测到跟踪手势的用户进行锁定跟踪，只采集该用户的骨骼信息；
S3.上位机系统提取锁定跟踪的用户骨骼信息中的肩部中心点坐标和四元数，得到当前时刻用户与陪跑机器人之间的相对距离和角度；使用基于跟随领航者策略计算陪跑机器人的期望速度，并将此期望速度通过转串口模块发送至嵌入式运动控制器；
S4.嵌入式运动控制器根据陪跑机器人的期望速度，对陪跑机器人实施运动控制。
进一步地，所述步骤S3中的基于跟随领航者策略具体如下：
上位机系统获得当前时刻用户相对于陪跑机器人的水平距离lx、纵向距离ly以及两者的相对角度定义θ表示机器人的自旋角度，设用户的状态为(v1x,v1y,θ1)，陪跑机器人的状态为(v2x,v2y,θ2)。其中
设人体角度θ1＝0，则用户状态为(v1x,v1y,0)，陪跑机器人的状态为在保证用户和陪跑机器人在短时间内速度变化较小的条件下，用户相对于陪跑机器人的距离和角度变化为：
定义为陪跑机器人与用户之间的期望位置，分别表示用户相对于陪跑机器人的水平距离、纵向距离以及角度的期望值。采用比例控制策略控制用户相对于陪跑机器人的距离和角度的变化量：
其中，kp1、kp2、kp3为比例控制系数。应用比例控制器，使得lx→lxd，ly→lyd以及从而实现陪跑机器人跟随人体的控制目标。
联立上述各式，整理可得陪跑机器人的期望速度：
上位机系统计算得到陪跑机器人的期望速度，将计算获得的陪跑机器人的期望速度通过转串口模块发送至嵌入式运动控制器。
进一步地，所述步骤S4中的运动控制具体如下：
首先对得到的期望速度进行处理，具体如下：
设嵌入式运动控制器得到期望速度中纵向速度为vy，水平速度为vx，旋转速度为ω，v1，v2，v3分别是三个全向轮的速度，v3的方向与vx方向相同，则各个全向轮的速度可分解为：
v3＝vx
设l为全向轮中心到陪跑机器人中心的距离，则l1＝l2＝l3＝l，则各个全向轮在旋转速度上的分速度为v1＝v2＝v3＝ωl；
综上，得各个全向轮的速度与陪跑机器人期望速度关系如下：
运动控制器计算得到全向轮的运动速度之后，控制相关全向轮的运动。
进一步地，所述跟踪手势检测具体为：提取用户骨骼信息中右手掌的高度信息和右肩膀的高度信息进行对比，如果右手掌的高度信息高于右肩膀的高度信息，则认为检测到了跟踪手势。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：
本发明的陪跑机器人在底盘上设置三轮全向轮结构，使得该陪跑机器人具有高灵活性，可快速往任意方向移动，如能够纵向行驶、水平移动和自旋，使陪跑机器人可快速跟随人体运动。
附图说明
图1为本发明的陪跑机器人的系统结构图。
图2为本实施例1陪跑机器人的底盘结构示意图。
图3为上位机系统的流程图。
图4为电源模块机构示意图。
图5为期望速度分解示意图。
图6为实验结果统计图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1、2、3所示，本陪跑机器人包括运动执行器、设置于运动执行器上方的Kinect传感器、数据中转站、上位机系统、电源模块、转串口模块和嵌入式运动控制器；其中Kinect传感器通过数据中转站与上位机系统连接；数据中转站通过转串口模块与、嵌入式运动控制器与运动执行器连接；电源模块向Kinect传感器、嵌入式运动控制器和运动执行器供电；运动执行器包含底盘、三组全向轮2和电机1，三组全向轮2固定在底盘上，全向轮2组与组之间的距离相等，电机1与嵌入式运动控制器连接，电机1驱动全向轮2。
其中底盘包括六根等长的金属条和正三角形状钢板；其中，金属条的材质优选轻质金属，本实施例中，金属条为方形铝条。
每两根金属条作为一个金属条组，各金属条组内的两根金属条平行放置，各金属条组的一端分别固定在正三角形状钢板的三条上，另一端固定有电机1，每组金属条之间的夹角为120度，全向轮2设置在电机1的外侧，电机1驱动全向轮2。
为了使陪跑机器人对运动速度进行闭环控制，本实施例中，陪跑机器人还包括有测速模块，测速模块的输入端接运动执行器，输出端接运动控制器。测速模块采集陪跑机器人全向轮的当前速度信息，输送到嵌入式运动控制器，嵌入式运动控制器根据测速模块提供的实时速度信息，对全向轮的运动速度进行闭环控制，实现对陪跑机器人的速度控制。在本实施例中，测速模块为编码器3，编码器3的转动轴通过联轴器与电机1连接。各金属条组中两根平行的金属条间留有一点的间隔，用于安装设置电机1、编码器3。
本实施例中，电机1选用额定电压为24V的maxon电机1，为了能使陪跑机器人正常工作，需要使用电源输出24V电压向电机1供电，市场上电压为24V的电池只有蓄电池，蓄电池的重量比较大，为了降低陪跑机器人的负重，使机器人的行驶更加的轻便，所以本陪跑机器人的电源由两块重量较小的12V锂电池串联而成。
本陪跑机器人各部件需要四种电压：24V、12V、5V、3.3V。为了降低稳压芯片的损耗和稳压芯片本身的功耗，本陪跑机器人采用逐级降压的方式为各个部件供电，具体如下：
电源模块，包括顺次连接的电源、第一电压调节器、第二电压调节器和第三电压调节器，电源向电机1供电；第一电压调节器的输出端接Kinect传感器，第二电压调节器的输出端接测速模块，第三电压调节器的输出端接嵌入式运动控制器，其中第一电压调节器、第二电压调节器为LM2596稳压电路，第三电压调节器为LM1117稳压电路。本实施例中，电源模块上设有LED指示灯。
由于陪跑机器人在运动的时候可能会出现与其他物体碰撞的情况，在出现的碰撞比较严重的时候，甚至会导致电机1转轴折断，为了保护电机1，本陪跑机器人在全向轮2的外侧加上了一个保护槽，在出现碰撞的时候，抵消一部分的碰撞力，保护电机1，避免受到损害。
上述方案中，嵌入式运动控制器采用飞思卡尔K60单片机；连接数据中转站与嵌入式运动控制器的转串口模块选用USB转换芯片PL2303HXA。
本发明在提供一种陪跑机器人的同时，也提供了一种该陪跑机器人的跟踪控制策略与运动控制方法，具体如下：
S1.Kinect传感器采集用户的骨骼信息，并将骨骼信息输送至上位机系统，其中骨骼信息包括多帧骨骼帧，骨骼帧上包含多个骨骼点；
S2.上位机系统对采集的骨骼信息进行读取，遍历所有骨骼帧上面的骨骼点，对跟踪手势进行检测，若检测不到跟踪手势，跳至步骤S1；若检测到跟踪手势，上位机系统控制Kinect传感器对检测到跟踪手势的用户进行锁定跟踪，采集该用户的骨骼信息；
S3.上位机系统提取锁定跟踪的用户骨骼信息中的肩部中心点坐标和四元数，得到当前时刻用户与陪跑机器人之间的相对距离和角度；使用基于跟随领航者策略计算陪跑机器人的期望速度，并将此期望速度通过转串口模块发送至嵌入式运动控制器；
S4.嵌入式运动控制器根据陪跑机器人的期望速度，对陪跑机器人实施运动控制。
由于步骤S1中Kinect传感器采集的骨骼信息是一名或者两名用户完整的骨骼信息，为了能够在采集的是两名用户的骨骼信息的情况下，确定需要跟踪的用户，避免误跟踪，步骤S2中包含了对跟踪手势进行检测的步骤，本实施例中，跟踪手势的检测方式为：采集的骨骼信息进行读取，遍历所有骨骼帧的骨骼点，提取骨骼信息中的右手掌高度信息和右肩膀的高度信息进行对比，如果右手掌的高度高于右肩膀的高度，则认为检测到了跟踪手势。检测到跟踪手势之后，上位机系统控制Kinect传感器对检测到跟踪手势的用户进行锁定跟踪，只采集该用户的骨骼信息；若检测不到跟踪手势，Kinect传感器继续采集用户的骨骼信息。
步骤S3中，角度和距离的获取具体如下：
1)角度的获取
Kinect传感器采集的骨骼信息中包含有骨骼点的旋转信息，这些信息以旋转矩阵和四元数的形式储存。通过获取骨骼点四元数，将其转换成欧拉角，选取水平位置的欧拉角作为角度信息。
2)距离的获取
直接采用骨骼信息中的骨骼深度信息。可通过读取骨骼点肩部中心点坐标获得距离信息。
步骤S3中的基于跟随领航者策略具体如下：：
上位机系统获得当前时刻用户相对于陪跑机器人的水平距离lx、纵向距离ly以及两者的相对角度定义θ表示机器人的自旋角度，设用户的状态为(v1x,v1y,θ1)，陪跑机器人的状态为(v2x,v2y,θ2)。其中
假设人体角度θ1＝0，则用户状态为(v1x,v1y,0)，陪跑机器人的状态为在保证用户和陪跑机器人在短时间内速度变化较小的条件下，用户相对于陪跑机器人的距离和角度变化为：
定义为陪跑机器人与用户之间的期望位置，分别表示用户相对于陪跑机器人的水平距离、纵向距离以及角度的期望值。采用比例控制策略控制用户相对于陪跑机器人的距离和角度的变化量：
其中，kp1、kp2、kp3为比例控制系数。应用比例控制器，使得lx→lxd，ly→lyd以及从而实现陪跑机器人跟随人体的控制目标。
联立上述各式，整理可得陪跑机器人的期望速度：
上位机系统计算得到陪跑机器人的期望速度，将计算获得的陪跑机器人的期望速度通过转串口模块发送至嵌入式运动控制器。
本实施例中，步骤S4中的运动控制具体如下：
由于得到的期望速度为陪跑机器人的合速度，并非是三个全向轮的具体速度，所以运动控制器需要对期望速度进行处理，具体如下：
设运动控制器得到期望速度中的纵向速度为vy，水平速度为vx，旋转速度为ω，v1，v2，v3分别是三个全向轮的速度，v3的方向与vx方向相同，建立世界坐标系(XOY)与机器人坐标系(XaOaYa)，如图5(a)、图5(b)所示，其中θ为世界坐标系的X轴与机器人坐标系的Xa轴的夹角，且三个全向轮的旋转轴互成120度。则各个全向轮的速度可分解为：
v3＝vx
设l为全向轮中心到陪跑机器人中心的距离，则l1＝l2＝l3＝l，则各个全向轮在旋转速度上的分速度为v1＝v2＝v3＝ωl；
综上，得各个全向轮的速度与陪跑机器人期望速度关系如下：
运动控制器计算得到全向轮的运动速度之后，控制相关全向轮(2)的运动。
跟随实验
本实验中，陪跑机器人与用户的纵向距离设定为2.4米，水平距离设定为0米，相对角度设定为0度，用户的速度约为1.5m/s。上位机系统实时记录Kinect传感器获取的实际偏差，包括陪跑机器人与用户的实时变化的纵向距离、水平距离和相对角度。实验结果如图6所示，其中图6(a)、6(b)分别为陪跑机器人与用户的纵向距离变化示意图和水平距离变化示意图，图6(c)为陪跑机器人与人的相对角度变化示意图。由图6(a)、6(b)、6(c)易知：1)陪跑机器人能够与用户保持2.4米左右的纵向距离；2)机器人位于用户正前方的时候，左右偏移距离不超过±500毫米；3)陪跑机器人与用户的相对角度保持在零度附近，原因是用户运动的时候会左右旋转，导致相对角度出现周期性的波动。上述数据表明，陪跑机器人可准确、灵活地跟随人体。
本发明提供的陪跑机器人在底盘上设置三轮全向轮结构，使得该陪跑机器人具有高灵活性，可快速往任意方向移动，如能够纵向行驶、水平移动和自旋，可有效地实现跟随人体走动及慢跑的功能。
Claims (3)
1.一种陪跑机器人的跟踪控制策略与运动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.Kinect传感器采集用户的骨骼信息，并将骨骼信息输送至上位机系统，其中骨骼信息包括多帧骨骼帧，骨骼帧上包含多个骨骼点；
S2.上位机系统对采集的骨骼信息进行读取，遍历所有骨骼帧上面的骨骼点，对跟踪手势进行检测，若检测不到跟踪手势，跳至步骤S1；若检测到跟踪手势，上位机系统控制Kinect传感器对检测到跟踪手势的用户进行锁定跟踪，采集该用户的骨骼信息；
S3.上位机系统提取锁定跟踪的用户骨骼信息中的肩部中心点坐标和四元数，得到当前时刻用户与陪跑机器人之间的相对距离和角度；使用基于跟随领航者策略计算陪跑机器人的期望速度，并将得到的期望速度通过转串口模块发送至嵌入式运动控制器；
S4.嵌入式运动控制器根据陪跑机器人期望速度，对陪跑机器人实施运动控制；
所述步骤S3中的基于跟随领航者策略具体如下：
上位机系统获得当前时刻用户相对于陪跑机器人的水平距离lx、纵向距离ly以及两者的相对角度定义θ表示机器人的自旋角度，设用户的状态为(v1x,v1y,θ1)，v1x表示用户的x轴方向速度，v1y表示用户的y轴方向速度，θ1表示用户的角度；陪跑机器人的状态为(v2x,v2y,θ2)，v2x表示机器人的x轴方向速度，v2y表示机器人的y轴方向速度，θ2表示机器人的角度；其中
假设人体角度θ1＝0，则用户状态为(v1x,v1y,0)，陪跑机器人的状态为在保证用户和陪跑机器人在短时间内速度变化较小的条件下，用户相对于陪跑机器人的距离和角度变化为：
定义为陪跑机器人与用户之间的期望位置，分别表示用户相对于陪跑机器人的水平距离、纵向距离以及角度的期望值；
采用比例控制策略控制用户相对于陪跑机器人的距离和角度的变化量：
<mrow>
<msub>
<mover>
<mi>l</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
</mover>
<mi>x</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>k</mi>
<mrow>
<mi>p</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>l</mi>
<mrow>
<mi>x</mi>
<mi>d</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>l</mi>
<mi>x</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>,</mo>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mover>
<mi>l</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
</mover>
<mi>y</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>k</mi>
<mrow>
<mi>p</mi>
<mn>2</mn>
</mrow>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>l</mi>
<mrow>
<mi>y</mi>
<mi>d</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>l</mi>
<mi>y</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，kp1、kp2、kp3为比例控制系数，应用比例控制器，使得lx→lxd，ly→lyd以及从而实现陪跑机器人跟随人体的控制目标；
联立上述各式，整理可得陪跑机器人的期望速度：
上位机系统计算得到陪跑机器人的期望速度，将计算获得的陪跑机器人的期望速度通过转串口模块发送至嵌入式运动控制器。
2.根据权利要求1所述的陪跑机器人的跟踪控制策略与运动控制方法，其特征在于：所述步骤S4中的运动控制具体如下：
首先对得到的期望速度进行处理，具体如下：
运动控制器得到的期望速度中纵向速度为vy，水平速度为vx，旋转速度为ω，设v1，v2，v3分别是三个全向轮的速度，v3的方向与vx方向相同，则各个全向轮的速度可分解为：
<mrow>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mo>-</mo>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mfrac>
<mi>&pi;</mi>
<mn>6</mn>
</mfrac>
<msub>
<mi>v</mi>
<mi>x</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mfrac>
<mi>&pi;</mi>
<mn>6</mn>
</mfrac>
<msub>
<mi>v</mi>
<mi>y</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mo>-</mo>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mfrac>
<mi>&pi;</mi>
<mn>6</mn>
</mfrac>
<msub>
<mi>v</mi>
<mi>x</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mfrac>
<mi>&pi;</mi>
<mn>6</mn>
</mfrac>
<msub>
<mi>v</mi>
<mi>y</mi>
</msub>
</mrow>
v3＝vx
设l为全向轮中心到陪跑机器人中心的距离，则l1＝l2＝l3＝l，则各个全向轮在旋转速度上的分速度为v1＝v2＝v3＝ωl；
综上，得各个全向轮的速度与陪跑机器人期望速度关系如下：
<mrow>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&theta;</mi>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mi>&pi;</mi>
<mn>6</mn>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&theta;</mi>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mi>&pi;</mi>
<mn>6</mn>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mi>l</mi>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&theta;</mi>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mi>&pi;</mi>
<mn>6</mn>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&theta;</mi>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mi>&pi;</mi>
<mn>6</mn>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mi>l</mi>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mi>&theta;</mi>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mi>&theta;</mi>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mi>l</mi>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>v</mi>
<mi>x</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>v</mi>
<mi>y</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mi>&omega;</mi>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
运动控制器计算得到全向轮的运动速度之后，控制相关全向轮的运动。
3.根据权利要求1所述的陪跑机器人的跟踪控制策略与运动控制方法，其特征在于：所述跟踪手势检测具体为：提取用户骨骼信息中右手掌的高度信息和右肩膀的高度信息进行对比，如果右手掌的高度信息高于右肩膀的高度信息，则认为检测到了跟踪手势。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410466889.2A CN104375504B (zh) | 2014-09-12 | 2014-09-12 | 一种陪跑机器人及其跟踪控制策略与运动控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410466889.2A CN104375504B (zh) | 2014-09-12 | 2014-09-12 | 一种陪跑机器人及其跟踪控制策略与运动控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104375504A CN104375504A (zh) | 2015-02-25 |
| CN104375504B true CN104375504B (zh) | 2018-01-16 |
Family
ID=52554499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410466889.2A Expired - Fee Related CN104375504B (zh) | 2014-09-12 | 2014-09-12 | 一种陪跑机器人及其跟踪控制策略与运动控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104375504B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104754311A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-07-01 | 刘凌霞 | 计算机视觉对物体进行识别的装置及其系统 |
| CN104970754B (zh) * | 2015-06-25 | 2016-09-28 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种基于Kinect传感器手势控制内窥镜光纤的方法 |
| CN105126322B (zh) * | 2015-09-16 | 2017-08-25 | 陈博超 | 陪跑器装置 |
| CN105404299B (zh) * | 2015-11-23 | 2017-12-12 | 南京农业大学 | 基于体感感应器的温室省力化自动跟随作业平台 |
| CN105955251A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-09-21 | 北京克路德人工智能科技有限公司 | 一种机器人的视觉跟随控制方法及机器人 |
| CN106584418B (zh) * | 2016-12-21 | 2023-10-20 | 武汉慧能机器人科技有限公司 | 全向机器人及其控制方法 |
| CN108582117A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-09-28 | 朱明来 | 基于Kinect传感器的跟随机器人 |
| CN111317995B (zh) * | 2020-02-28 | 2022-06-28 | 新石器慧通（北京）科技有限公司 | 一种基于车辆的运动辅助系统及交互方式 |
| CN113329181B (zh) * | 2021-06-08 | 2022-06-14 | 厦门四信通信科技有限公司 | 一种摄像头的角度切换方法、装置、设备和存储介质 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI293555B (en) * | 2006-05-23 | 2008-02-21 | Ind Tech Res Inst | Omni-directional robot cleaner |
| CN102267504A (zh) * | 2011-06-29 | 2011-12-07 | 北京工业大学 | 一种全方位轮式移动机器人 |
| CN202272176U (zh) * | 2011-08-28 | 2012-06-13 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 飞机部件柔性运输架车 |
| CN202703736U (zh) * | 2012-05-10 | 2013-01-30 | 复旦大学 | 六轮步进式机器人全向移动平台 |
| CN103914067A (zh) * | 2013-01-05 | 2014-07-09 | 联想(北京)有限公司 | 一种控制方法及电子设备 |
| CN203092551U (zh) * | 2013-03-15 | 2013-07-31 | 西北师范大学 | 一种基于Kinect和FPGA的家庭服务机器人 |
| CN203485200U (zh) * | 2013-10-14 | 2014-03-19 | 王春梅 | 一种家庭护老值守机器人 |
| CN103885585B (zh) * | 2014-02-20 | 2017-01-25 | 深圳市贝特尔机电有限公司 | 一种基于单人手势和语音信息的机器人人工导航方法 |
-
2014
- 2014-09-12 CN CN201410466889.2A patent/CN104375504B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104375504A (zh) | 2015-02-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104375504B (zh) | 一种陪跑机器人及其跟踪控制策略与运动控制方法 | |
| CN104950887A (zh) | 基于机器人视觉系统和自主跟踪系统的运输装置 | |
| CN107168186B (zh) | 基于六轴组合传感器的四点自动调平系统及其工作方法 | |
| CN104635730B (zh) | 一种机器人自主充电方法 | |
| CN104732835B (zh) | 一种体育场智能缩微车辆教学装置 | |
| CN109508007A (zh) | 一种基于多源信息融合的农机轨迹跟踪、避障系统及方法 | |
| CN206883638U (zh) | 机器人控制系统以及机器人 | |
| CN106985145A (zh) | 一种搬运输送机器人 | |
| CN207718226U (zh) | 一种两轮自平衡小车自动跟随系统 | |
| CN207309951U (zh) | 一种智能捡球机器人 | |
| CN101053955A (zh) | 基于蓝牙技术移动机器人控制装置 | |
| CN109542108A (zh) | 一种无人机抗风巡飞系统 | |
| CN102039589A (zh) | 模块化的灾害救援机器人 | |
| CN105475260A (zh) | 一种电动四轮驱动的智能喷雾机 | |
| Unluturk et al. | Design and PID control of two wheeled autonomous balance robot | |
| CN110153987A (zh) | 一种智能识别搬运机器人及其控制方法 | |
| CN102981504A (zh) | 基于Zigbee通信的多机器人队形控制系统及方法 | |
| CN107253203A (zh) | 多模式智能玩具搜集机器人 | |
| CN106814738A (zh) | 一种基于体感控制技术的轮式机器人及其操控方法 | |
| CN109491390A (zh) | 基于多传感器的无轨化全向移动机器人系统及其控制方法 | |
| Stonier et al. | Nonlinear slip dynamics for an omniwheel mobile robot platform | |
| CN107344587A (zh) | 一种基于pid控制器的自平衡车避障系统 | |
| CN207148653U (zh) | 一种抗风型无人机飞行系统 | |
| Wencheng et al. | Design of chassis and kinematics research of wheeled robot | |
| CN206311970U (zh) | 基于stm32的智能循迹监控小车系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180116 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |