CN105700404A - 一种机器人底盘控制方法、控制器及机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人底盘控制方法、控制器及车辆控制系统，通过获取用户输入的控制信号，其中控制信号包括转向信号及制动信号，根据控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差，并根据驱动轮内外轮的轮速差计算各驱动轮的扭矩，输出各驱动轮的扭矩，以实现对机器人底盘各驱动轮的电子差速控制。本方案通过对各驱动轮的电子差速控制，实现了对每个驱动轮进行具体调节，避免了采用现有技术中加装差速器，使两边扭矩平均分配，导致扭矩分配不合理出现机器人打滑甚至失控的情况。

Description

一种机器人底盘控制方法、控制器及机器人控制系统

技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其涉及一种机器人底盘控制方法、控制器及机器人控制系统。

背景技术

目前，机器人底盘的驱动轮或不同车轴之间会加装差速器，是由于机器人在转弯行驶时，外轮的路径明显比内径长，如果仅通过一根驱动轴将动力传给外轮，就会使得某侧驱动轮出现打滑或者拖行的现象，从而增加了轮胎的磨损以及无意义的功率消耗。

而加装差速器后，无论转弯行驶还是直线行驶，两侧驱动轮的转速之和始终等于差速器转速的两倍，常用的对称式齿轮差速器内摩擦力力矩很小，可以认为无论左右驱动轮转速是否相等，两边扭矩总是平均分配，而这样的分配比例对于机器人在良好路面行驶的情况下不会出现什么问题，但是如果路面情况不好，就会出现机器人打滑甚至失控的现象。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种机器人底盘控制方法、控制器及机器人控制系统，以解决现有技术中加装差速器后，两边扭矩平均分配，导致在路面不好的情况下，容易出现机器人打滑甚至失控的现象的问题，其具体方案如下：

一种机器人底盘控制方法，包括：

获取用户输入的控制信号，所述控制信号包括：转向信号及制动信号；

根据所述控制信号计算所述机器人底盘内外轮的轮速差；

根据所述机器人底盘内外轮的轮速差计算所述机器人底盘中各驱动轮的扭矩并输出，以实现对所述机器人底盘各驱动轮的电子差速调节。

进一步的，所述根据所述控制信号计算所述机器人底盘内外轮的轮速差，具体为：

根据所述控制信号计算所述机器人底盘前轮内外轮的轮速差，或后轮内外轮的轮速差，或前轮及后轮内外轮的轮速差。

进一步的，所述根据所述机器人底盘内外轮的轮速差计算所述机器人底盘中各驱动轮的扭矩并输出，具体为：

检测所述机器人的当前车辆滑移率；

根据所述当前车辆滑移率及机器人底盘驱动轮内外轮的轮速差计算所述机器人底盘各驱动轮的扭矩并输出。

进一步的，所述检测所述机器人的当前车辆滑移率，具体为：

接收转矩电流信号；

根据所述转矩电流信号检测所述机器人的当前车辆滑移率。

一种控制器，包括：获取单元，与所述获取单元相连的轮速差计算单元，与所述轮速差计算单元相连的扭矩输出单元，其中：

所述获取单元用于获取用户输入的控制信号，所述控制信号包括：转向信号及制动信号；

所述轮速差计算单元用于根据所述控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差；

所述扭矩输出单元用于根据所述机器人底盘内外轮的轮速差计算所述机器人底盘中各驱动轮的扭矩并输出，以实现对所述机器人底盘各驱动轮的电子差速调节。

进一步的，所述轮速差计算单元具体用于：

根据所述控制信号计算所述机器人底盘前轮内外轮的轮速差，或后轮内外轮的轮速差，或前轮及后轮内外轮的轮速差。

进一步的，所述扭矩输出单元具体包括：检测子单元及输出子单元，其中：

所述检测子单元用于检测所述机器人的当前车辆滑移率；

所述输出子单元用于根据所述当前车辆滑移率及汽车驱动轮内外轮的轮速差计算所述机器人底盘各驱动轮的扭矩并输出。

进一步的，所述检测子单元具体用于：

接收电动机的转矩电流信号，并根据所述转矩电流信号检测所述电动汽车的当前车辆滑移率。

一种机器人控制系统，包括：多个驱动电机，与所述多个驱动电机相连的控制器，其中，所述多个驱动电动机为4个驱动电机；

所述控制器获取用户输入的控制信号及多个驱动电机发送的每个驱动电机的转矩电流信号，所述控制信号包括：转向信号及制动信号，根据所述控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差，根据所述转矩电流信号检测所述机器人的当前车辆滑移率，并根据所述机器人底盘内外轮的轮速差以及当前车辆滑移率计算所述机器人底盘各驱动轮的扭矩并输出至所述各驱动电机；

所述驱动电机输出驱动扭矩，控制所述机器人行驶。

从上述技术方案可以看出，本申请公开的机器人底盘控制方法、控制器及车辆控制系统，通过获取用户输入的控制信号，其中控制信号包括转向信号及制动信号，根据控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差，并根据驱动轮内外轮的轮速差计算各驱动轮的扭矩，输出各驱动轮的扭矩，以实现对机器人底盘各驱动轮的电子差速控制。本方案通过对各驱动轮的电子差速控制，实现了对每个驱动轮进行具体调节，避免了采用现有技术中加装差速器，使两边扭矩平均分配，导致扭矩分配不合理出现机器人打滑甚至失控的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种机器人底盘控制方法的流程图；

图2为本发明实施例公开的一种控制器的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种车辆控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种机器人底盘控制方法，其流程图如图1所示，包括：

步骤S11、获取用户输入的控制信号；

控制信号包括：转向信号及制动信号，还可以包括车速信号，其中，转向信号可以具体为方向盘转动时发出的信号，制动信号可以为油门或刹车踩下时发出的信号，车速信号可以为当前车速。

步骤S12、根据控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差；

根据控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差，具体的，可以根据机器人当前运行的路况，如：机器人当前处于加速或爬坡状态，或机器人当前处于减速或转弯状态等不同的情况，控制机器人底盘不同的驱动轮作为主动轮，即机器人底盘可以为前轮为主动轮，也可以为后轮为主动轮，也可以为机器人底盘的四个驱动轮分别独立驱动，即：

根据控制信号计算电动汽车前轮内外轮的轮速差，或后轮内外轮的轮速差，或前轮及后轮内外轮的轮速差。

步骤S13、根据机器人底盘内外轮的轮速差计算机器人底盘中各驱动轮的扭矩并输出，以实现对机器人底盘各驱动轮的电子差速调节。

输出各驱动轮的扭矩至各驱动轮的驱动电机，由各驱动轮的驱动电机输出驱动扭矩，驱动机器人行驶，从而实现对机器人底盘各驱动轮的电子差速调节，并保证了机器人的稳定性。

其中，各驱动轮的驱动电机可以采用无刷电机，无刷电机没有齿轮或减速装置，减少了电机磨损的不可靠性，无刷电机的效率在一定电流范围内比有刷电机高，并且，无刷电机在运行过程中噪声较低，且寿命较长。

为每个驱动轮分配一个驱动电机，使得机器人牵引力及其动力学控制从传统上控制机器人动力传动系转变为更容易实现的控制电机的动力学响应，这就使得机器人底盘以较低的成本提高了机器人牵引力控制系统、制动防抱死系统及机器人动力学控制的性能。

具体的，根据机器人底盘内外轮的轮速差计算机器人底盘中各驱动轮的扭矩并输出，可以为：检测机器人的当前滑移率，根据当前滑移率及机器人底盘驱动轮内外轮的轮速差计算机器人底盘各驱动轮的扭矩并输出。

其中，检测机器人的当前滑移率，具体为：接收转矩电流信号，根据转矩电流信号检测机器人的当前滑移率。

本实施例公开的机器人底盘控制方法，通过获取用户输入的控制信号，其中控制信号包括转向信号及制动信号，根据控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差，并根据驱动轮内外轮的轮速差计算各驱动轮的扭矩，输出各驱动轮的扭矩，以实现对机器人底盘各驱动轮的电子差速控制。本方案通过对各驱动轮的电子差速控制，实现了对每个驱动轮进行具体调节，避免了采用现有技术中加装差速器，使两边扭矩平均分配，导致扭矩分配不合理出现机器人打滑甚至失控的情况。

本实施例公开了一种控制器，其结构示意图如图2所示，包括：

获取单元21，与获取单元21相连的轮速差计算单元22，与轮速差计算单元22相连的扭矩输出单元23。

其中，获取单元21用于获取用户输入的控制信号，控制信号包括：转向信号及制动信号，还可以包括车速信号。

轮速差计算单元22用于根据控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差。

根据控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差，具体的，可以根据机器人当前运行的路况，如：机器人当前处于加速或爬坡状态，或机器人当前处于减速或转弯状态等不同的情况，控制机器人底盘不同的驱动轮作为主动轮，即机器人底盘可以为前轮为主动轮，也可以为后轮为主动轮，也可以为机器人底盘的四个驱动轮分别独立驱动，即：

根据控制信号计算机器人底盘前轮内外轮的轮速差，或后轮内外轮的轮速差，或前轮及后轮内外轮的轮速差。

扭矩输出单元23用于根据机器人底盘内外轮的轮速差计算机器人底盘中各驱动轮的扭矩并输出，以实现对机器人底盘各驱动轮的电子差速调节。

输出各驱动轮的扭矩至各驱动轮的驱动电机，由各驱动轮的驱动电机输出驱动扭矩，驱动机器人行驶，从而实现对机器人底盘各驱动轮的电子差速调节，并保证了机器人的稳定性。

其中，各驱动轮的驱动电机可以采用无刷电机，无刷电机没有齿轮或减速装置，减少了电机磨损的不可靠性，无刷电机的效率在一定电流范围内比有刷电机高，并且，无刷电机在运行过程中噪声较低，且寿命较长。

为每个驱动轮分配一个驱动电机，使得汽车牵引力及其动力学控制从传统上控制汽车动力传动系转变为更容易实现的控制电机的动力学响应，这就使得电动汽车以较低的成本提高了机器人牵引力控制系统、制动防抱死系统及机器人动力学控制的性能。

具体的，扭矩输出单元可以包括：检测子单元及输出子单元，其中：检测子单元检测机器人的当前车辆滑移率，输出子单元根据当前车辆滑移率及汽车驱动轮内外轮的轮速差计算机器人底盘各驱动轮的扭矩并输出。

其中，检测子单元具体为：接收转矩电流信号，根据转矩电流信号检测机器人的当前车辆滑移率。

本实施例公开的控制器，通过获取单元获取用户输入的控制信号，其中控制信号包括转向信号及制动信号，轮速差计算单元根据控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差，扭矩输出单元根据驱动轮内外轮的轮速差计算各驱动轮的扭矩，输出各驱动轮的扭矩，以实现对机器人底盘各驱动轮的电子差速控制。本方案通过对各驱动轮的电子差速控制，实现了对每个驱动轮进行具体调节，避免了采用现有技术中加装差速器，使两边扭矩平均分配，导致扭矩分配不合理出现机器人打滑甚至失控的情况。

本实施例公开了一种车辆控制系统，其结构示意图如图3所示，包括：

多个驱动电机31，与多个驱动电机31相连的控制器32。

多个驱动电机31可以具体为4个驱动电机，为每个驱动轮分配一个驱动电机。

控制器32获取用户输入的控制信号及多个驱动电机发送的每个驱动电机的转矩电流信号，根据控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差，根据转矩电流信号检测电动汽车的当前车辆滑移率，并根据机器人底盘内外轮的轮速差以及当前车辆滑移率计算机器人底盘各驱动轮的扭矩并输出至各驱动电机；

4个驱动电机31输出驱动扭矩，控制电动汽车行驶。

控制信号包括：转向信号及制动信号，还可以包括车速信号。根据控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差，具体的，可以根据机器人当前运行的路况，如：机器人当前处于加速或爬坡状态，或机器人当前处于减速或转弯状态等不同的情况，控制机器人底盘不同的驱动轮作为主动轮，即机器人底盘可以为前轮为主动轮，也可以为后轮为主动轮，也可以为机器人底盘的四个驱动轮分别独立驱动，即：

根据控制信号计算机器人底盘前轮内外轮的轮速差，或后轮内外轮的轮速差，或前轮及后轮内外轮的轮速差。

输出各驱动轮的扭矩至各驱动轮的驱动电机，由各驱动轮的驱动电机输出驱动扭矩，驱动机器人底盘行驶，从而实现对机器人底盘各驱动轮的电子差速调节，并保证了车辆的稳定性。

其中，各驱动轮的驱动电机可以采用无刷电机，无刷电机没有齿轮或减速装置，减少了电机磨损的不可靠性，无刷电机的效率在一定电流范围内比有刷电机高，并且，无刷电机在运行过程中噪声较低，且寿命较长。

为每个驱动轮分配一个驱动电机，使得机器人牵引力及其动力学控制从传统上控制机器人动力传动系转变为更容易实现的控制电机的动力学响应，这就使得机器人底盘以较低的成本提高了机器人牵引力控制系统、制动防抱死系统及机器人动力学控制的性能。

本实施例公开的车辆控制系统，控制器通过获取用户输入的控制信号，其中控制信号包括转向信号及制动信号，根据控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差，并根据驱动轮内外轮的轮速差计算各驱动轮的扭矩，输出各驱动轮的扭矩，以实现对机器人底盘各驱动轮的电子差速控制。本方案通过对各驱动轮的电子差速控制，实现了对每个驱动轮进行具体调节，避免了采用现有技术中加装差速器，使两边扭矩平均分配，导致扭矩分配不合理出现机器人打滑甚至失控的情况。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种机器人底盘控制方法，其特征在于，包括：

获取用户输入的控制信号，所述控制信号包括：转向信号及制动信号；

根据所述控制信号计算所述机器人底盘内外轮的轮速差；

根据所述机器人底盘内外轮的轮速差计算所述机器人底盘中各驱动轮的扭矩并输出，以实现对所述机器人底盘各驱动轮的电子差速调节。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述控制信号计算所述机器人底盘内外轮的轮速差，具体为：

根据所述控制信号计算所述机器人底盘前轮内外轮的轮速差，或后轮内外轮的轮速差，或前轮及后轮内外轮的轮速差。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述机器人底盘内外轮的轮速差计算所述机器人底盘中各驱动轮的扭矩并输出，具体为：

检测所述机器人的当前车辆滑移率；

根据所述当前车辆滑移率及机器人驱动轮内外轮的轮速差计算所述机器人底盘各驱动轮的扭矩并输出。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述检测所述机器人的当前车辆滑移率，具体为：

接收转矩电流信号；

根据所述转矩电流信号检测所述机器人的当前车辆滑移率。

5.一种控制器，其特征在于，包括：获取单元，与所述获取单元相连的轮速差计算单元，与所述轮速差计算单元相连的扭矩输出单元，其中：

所述获取单元用于获取用户输入的控制信号，所述控制信号包括：转向信号及制动信号；

所述轮速差计算单元用于根据所述控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差；

所述扭矩输出单元用于根据所述机器人底盘内外轮的轮速差计算所述机器人底盘中各驱动轮的扭矩并输出，以实现对所述机器人底盘各驱动轮的电子差速调节。

6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述轮速差计算单元具体用于：

根据所述控制信号计算所述机器人底盘前轮内外轮的轮速差，或后轮内外轮的轮速差，或前轮及后轮内外轮的轮速差。

7.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述扭矩输出单元具体包括：检测子单元及输出子单元，其中：

所述检测子单元用于检测所述机器人的当前车辆滑移率；

所述输出子单元用于根据所述当前车辆滑移率及机器人底盘驱动轮内外轮的轮速差计算所述机器人底盘各驱动轮的扭矩并输出。

8.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述检测子单元具体用于：

接收转矩电流信号，并根据所述转矩电流信号检测所述机器人的当前车辆滑移率。

9.一种机器人控制系统，其特征在于，包括：多个驱动电机，与所述多个驱动电机相连的控制器，其中，所述多个驱动电动机为4个驱动电机；

所述控制器获取用户输入的控制信号及多个驱动电机发送的每个驱动电机的转矩电流信号，所述控制信号包括：转向信号及制动信号，根据所述控制信号计算机器人底盘内外轮的轮速差，根据所述转矩电流信号检测所述机器人的当前车辆滑移率，并根据所述机器人底盘内外轮的轮速差以及当前车辆滑移率计算所述机器人底盘各驱动轮的扭矩并输出至所述各驱动电机；

所述驱动电机输出驱动扭矩，控制所述机器人行驶。