CN108724141B - 一种机器人运动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种机器人运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：对机器人的转弯时间做出预判，若转弯时间小于某个特定时间阈值Tz，机器人采用直线段运行方式，若转弯时间大于Tz，机器人采用直线段中45度夹角转向运行方式。本发明麦克纳姆轮的轮式机器人，通过直线运动和斜向运动等方向与轨迹转换的运动方式，减少了转弯、差速转向等过程，使得足球机器人能够最短时间运动到目标位置，减少轮子与地面转向的摩擦，达到能量效率的最大化。

Description

一种机器人运动控制方法
技术领域
本发明涉及一种轮式足球机器人运动控制方法。
背景技术
由于足球机器人需要快速运动和转向积极争抢足球，因此足球机器人的运动控制需要快速性和灵活性兼备。目前主要采用直线运动与转向运动相结合，直线运动速度快但方向不灵活，转向运动速度慢且转向误差对运动轨迹造成的误差大，而且转向时轮子与地面摩擦增加了能量消耗。这些技术使得足球机器人运动轨迹产生较大误差，不易实现准确灵活的运动轨迹控制。
现有机器人运动技术的主要缺点在于：直线运动方式比较理想化的，实际应用于具体环境时会产生较大误差，这样不仅不能达到规划中的数据结果，而且往往不能够实现。诸如处于某一场景中，该机器人无法进行某一种特殊的运动，使得整个运动过程都处于停滞状态，使得整个环境都无法执行，使得整体中降低了运动效率。例如：处于某一环境中，足球机器人需要进行转弯，但是足球机器人已经被包夹，对方球员执行的命令是死防我方球员，于是，两者一个必须转弯，一个强硬度防守，产生了所谓的死锁现象。
发明内容
本发明的目的是使得轮式机器人能够最短时间运动到目标位置。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种机器人运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
对机器人的转弯时间做出预判，若转弯时间小于某个特定时间阈值Tz，机器人采用直线段运行方式，若转弯时间大于Tz，机器人采用直线段中45度夹角转向运行方式，其中：
直线段运行方式中，机器人先从0加速至最快速度Vmax，并在时刻t1达到该最快速度Vmax，再从时刻t1到时刻t2以最快速度Vmax匀速运行，随后从时刻t2到时刻t3减速至0。
直线段中45度夹角转向运行方式中，机器人的运行轨迹是由一条直线段及一条与该直线段形成45度夹角的路径组成。
本发明麦克纳姆轮的轮式机器人，通过直线运动和斜向运动等方向与轨迹转换的运动方式，减少了转弯、差速转向等过程，使得足球机器人能够最短时间运动到目标位置，减少轮子与地面转向的摩擦，达到能量效率的最大化。
附图说明
图1为机器人直线段运行的速度时间图像；
图2为机器人直线段运行的运动场景图；
图3为机器人直线段中45度夹角转向运行方式的运动场景图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明提供的一种机器人运动控制方法，包括以下步骤：对机器人的转弯时间做出预判，若转弯时间小于某个特定时间阈值Tz，机器人采用直线段运行方式，若转弯时间大于Tz，机器人采用直线段中45度夹角转向运行方式。
直线段运行方式
结合图1，机器人采用直线段运行方式时，整个运动轨迹是两条直线段的总和，则两条直线的运动总时间就是运动时间。
在图2所示的场景中，A点表示机器人当前位置，处于(0，0)位置；B点表示障碍区域(图中黑色矩形区域)左上角的点，处于(6，8)位置；C点表示机器人的目的位置，处于(10，10)位置，可以看出机器人从A点到达C点的最短路线与黑色障碍区域的交点为B点；N点表示机器人从A点到达C点的路线上需要转弯的点；M点表示AB延长线与CM线的交点，且AB线与CM线为垂直几何关系；H点表示AB延长线与CN线的交点。
机器人的整个运动就是图1中的先加速，然后匀速，最后减速为零的过程。机器人先从0加速至最快速度Vmax，并在时刻t1达到该最快速度Vmax，再从时刻t1到时刻t2以最快速度Vmax匀速运行，随后从时刻t2到时刻t3减速至0，此过程中，最大加速度为Amax。
机器人此时整个运动的场景如图2所示，所以现在我们可以进行分析看看处于那一个位置的点S使得线段AS+线段BS最短。
(1)首先假设S点位于AB或者BC的延长线上：
由于两种情况类似就直接讨论一种位于BC的延长线，比如存在点H，如图所示。但是由于三角形的特性分析可知BH+HC＞BC，所以AB+BC＜AB+BH+HC，所以AB+BC＜AH+HC。就是说位于AB或者BC的延长线不存在使得两条直线段相加更小的位置。
(2)假设存在某一个位置在线段AB以及BC之外的位置，不妨设位置处于图中N点。并且NC交AB延长线于点H。
同理由于三角形的特性可以知道：AN+NH＞AH，所以AN+NH+HC＞AH+HC。而(1)中已经证明AH+HC＞AB+BC，所以可知AN+NH+HC＞AB+BC，所以可知直线AB和直线BC是机器人从A点到达C点的最短路径，在不考虑机器人转弯时间的情况下，这个路径也是机器人走直线段的最短时间路径。
由于麦克纳姆轮的轮式机器人存在三种运行轨迹，分别是前行、横行以及45角斜着车身行走，并且这三种情况之间的转化是不需要进行方向的调整的。这个使得机器人减少了转弯花费的时间。所以对比其他的直线行走时，这种情况在多线段行走时，有着先天的优势，所以在考虑最佳的运行路径时，就需要分析这种情况中的机器人的运行轨迹，以及运行时所需要的时间。
显然由于题中假设的情况中，该运行轨迹一定是由一条直线段以及一条与其形成45度夹角的路径组成，使得机器人通过直线段行走，但是只需要进行减速，其中减少了调头转弯的时间，场景如图3所示：A点到C点之间有多种情况使得两条直线有45度夹角，假设其中两条直线的交点为K点。
通过图3中的具体情形可以知道，机器人从A运动到C是由A运动到K处，而且再由K运动到C点，K的位置可通过以下方式计算得到：
已知角AKC的大小为135度，以及已知AC的长度，就可以通过函数关系得出K点的位置，同时可计算出AK+KC的范围。

Claims (1)

1.一种机器人运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
对机器人的转弯时间做出预判，若转弯时间小于时间阈值Tz，机器人采用直线段运行方式，若转弯时间大于Tz，机器人采用直线段中45度夹角转向运行方式，其中：
直线段运行方式中，机器人先从0加速至最快速度Vmax，并在时刻t1达到该最快速度Vmax，再从时刻t1到时刻t2以最快速度Vmax匀速运行，随后从时刻t2到时刻t3减速至0；
直线段中45度夹角转向运行方式中，机器人的运行轨迹是由一条直线段及一条与该直线段形成45度夹角的路径组成。
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