CN107807646A - 一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人技术领域，尤其是指一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置，包括麦克纳姆轮机器人主体和控制模块，所述控制模块包括数据采集模块、数据分析模块和运行控制器，所述数据采集模块包括多个传感器，所述数据分析模块包括PID调节器和模糊推理模块，所述模糊推理模块用于将数据采集模块的信号进行模糊化处理输出为模糊量，PID调节器将模糊量进行反模糊化输送至运行控制器，运行控制器控制麦克纳姆轮全向移动机器人主体上的驱动电机进行运动；本发明采用模糊PID控制技术将模糊算法与传统PID控制器结合起来，在常规PID控制器拥有控制简单、性能好、可靠性高优点的基础上调整了PID控制器的参数的值，从而进一步提高了控制器的适用性和灵活性。

Description

一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其是指一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置。
背景技术
近年来轮式机器人发展迅速，当机器人工作在空间狭小、障碍物较多的场景时，就需要机器人能够实现全方位移动。所谓全方位移动，是指移动平台在其运动的平面内具有三个自由度，即在保持车体自身姿态不变的情况下，实现前后、左右、原地旋转等运动，以此达到在运动平面内实现任意方向的运动。当机器人需要完成在狭小空间内的移动任务并实现高精度定位时，全方位移动机器人可以发挥出自身全向移动的特点，穿梭于有限的应用场景，灵活的完成指定的任务，这能大大扩宽机器人的应用范围。在许多空间有限并且对移动机构机动性要求高甚至高危险、高风险的场合，全向移动机器人正在代替人力，改变着人们的生产与生活方式。
但是目前的机器人均是采用电磁线来引导机器人的运行，很难实现全方向的运行，也很难保证机器人运行的平稳性，并且目前的机器人大部分采用的是传统PID控制器，传统PID控制器包括三个参数：比例单元(P)积分单元(I)和微分单元(D)。但是这三个参数一旦确定以后就无法调整，在一些特殊场景下被控对象的系统参数很难掌握，传统PID控制器很难对这种时变状态的被控对象取得最佳的预期响应。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种控制简单灵活、性能好、可靠性高的麦克纳姆轮子全方向运行的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置，包括麦克纳姆轮全向移动机器人主体和控制模块，所述麦克纳姆轮全向移动机器人主体包括驱动电机、多个麦克纳姆轮和远程操控装置，所述驱动电机分别与多个麦克纳姆轮连接，所述控制模块包括数据采集模块、数据分析模块和运行控制器，所述数据采集模块包括多个传感器，所述数据分析模块包括PID调节器和模糊推理模块，所述模糊推理模块用于将数据采集模块的信号进行模糊化处理输出为模糊量，PID调节器将模糊量进行反模糊化输送至运行控制器，运行控制器控制麦克纳姆轮全向移动机器人主体上的驱动电机进行运动。
作为优选，所述控制模块采用双闭环控制，通过模糊PID自整定算法计算出全向移动机器人主体所有麦克纳姆轮的角速度后，经过底层的误差补偿将角速度信号传输至电机驱动器对电机进行角度驱动，获取电机的电流值形成内环的闭环控制。
作为优选，所述运行控制器包括控制主板和通讯装置，所述控制主板用于控制机器人的移动和收集机器人的状态信息，并通过所述通讯装置与远程操控装置进行通讯。
作为优选，所述控制主板为基于RAM搭建的控制单元。
作为优选，所述控制模块还包括用于报警的预警处理模块。
作为优选，所述传感器包括MEMS惯性传感器、磁力计和陀螺仪。作为优选，所述麦克纳姆轮全向移动机器人主体包括多个麦克纳姆轮组，多个麦克纳姆轮组分别与控制模块电性连接，多个所述麦克纳姆轮组均为驱动轮。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置，包括麦克纳姆轮全向移动机器人主体和控制模块，所述麦克纳姆轮全向移动机器人主体包括驱动电机、多个麦克纳姆轮和远程操控装置，所述驱动电机分别与多个麦克纳姆轮连接，所述控制模块包括数据采集模块、数据分析模块和运行控制器，所述数据采集模块包括多个传感器，所述数据分析模块包括PID调节器和模糊推理模块，所述模糊推理模块用于将数据采集模块的信号进行模糊化处理输出为模糊量，PID调节器将模糊量进行反模糊化输送至运行控制器，运行控制器控制麦克纳姆轮全向移动机器人主体上的驱动电机进行运动；本发明采用模糊PID控制技术将模糊算法与传统PID控制器结合起来。模糊PID控制通过模糊算法在线整定PID控制器的参数，在常规PID控制器拥有控制简单、性能好、可靠性高等优点的基础上在线调整了PID控制器的参数的值，从而进一步提高了控制器的适用性和灵活性。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
本发明提供的一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置，包括麦克纳姆轮全向移动机器人主体和控制模块，所述麦克纳姆轮全向移动机器人主体包括驱动电机、多个麦克纳姆轮和远程操控装置，所述驱动电机分别与多个麦克纳姆轮连接，所述控制模块包括数据采集模块、数据分析模块和运行控制器，所述数据采集模块包括多个传感器，所述数据分析模块包括PID调节器和模糊推理模块，所述模糊推理模块用于将数据采集模块的信号进行模糊化处理输出为模糊量，PID调节器将模糊量进行反模糊化输送至运行控制器，运行控制器控制麦克纳姆轮全向移动机器人主体上的驱动电机进行运动；本发明采用模糊推理模块将模糊算法与传统PID控制器结合起来。模糊推理模块通过模糊算法在线整定PID控制器的参数，在常规PID控制器拥有控制简单、性能好、可靠性高等优点的基础上在线调整了PID控制器的参数的值，从而进一步提高了控制器的适用性和灵活性。
本实施例中，所述控制模块中采用双闭环控制，通过模糊PID自整定算法计算出全向移动机器人主体所有麦克纳姆轮的角速度后，经过底层的误差补偿将角速度信号传输至电机驱动器对电机进行角度驱动，获取电机的电流值形成内环的闭环控制。
本实施例中，所述运行控制器包括控制主板和通讯装置，所述控制主板用于控制机器人的移动和收集机器人的状态信息，并通过所述通讯装置与远程操控装置进行通讯。
本实施例中，所述控制主板为基于RAM搭建的控制单元。
本实施例中，所述控制模块还包括预警处理模块，预警处理模块用于处理
本实施例中，所述传感器包括MEMS惯性传感器、磁力计和陀螺仪，MEMS惯性传感器、磁力计和陀螺仪分别用于检测麦克纳姆轮全向移动机器人的惯性、磁力和角速度。
本实施例中，所述麦克纳姆轮全向移动机器人主体包括多个麦克纳姆轮组，多个麦克纳姆轮组分别与控制模块电性连接，多个所述麦克纳姆轮组均为驱动轮。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置，其特征在于：包括麦克纳姆轮全向移动机器人主体和控制模块，所述麦克纳姆轮全向移动机器人主体包括驱动电机、多个麦克纳姆轮和远程操控装置，所述驱动电机分别与多个麦克纳姆轮连接，所述控制模块包括数据采集模块、数据分析模块和运行控制器，所述数据采集模块包括多个传感器，所述数据分析模块包括PID调节器和模糊推理模块，所述模糊推理模块用于将数据采集模块的信号进行模糊化处理输出为模糊量，PID调节器将模糊量进行反模糊化输送至运行控制器，运行控制器控制麦克纳姆轮全向移动机器人主体上的驱动电机进行运动。
2.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置，其特征在于：所述控制模块采用双闭环控制，通过模糊PID自整定算法计算出全向移动机器人主体所有麦克纳姆轮的角速度后，经过底层的误差补偿将角速度信号传输至电机驱动器对电机进行角度驱动，获取电机的电流值形成内环的闭环控制。
3.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置，其特征在于：所述运行控制器包括控制主板和通讯装置，所述控制主板用于控制机器人的移动和收集机器人的状态信息，并通过所述通讯装置与远程操控装置进行通讯。
4.根据权利要求3所述的一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置，其特征在于：所述控制主板为基于RAM搭建的控制单元。
5.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置，其特征在于：所述控制模块还包括用于报警的预警处理模块。
6.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置，其特征在于：所述传感器包括MEMS惯性传感器、磁力计和陀螺仪。
7.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置，其特征在于：所述麦克纳姆轮全向移动机器人主体包括多个麦克纳姆轮组，多个麦克纳姆轮组分别与控制模块电性连接，多个所述麦克纳姆轮组均为驱动轮。
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