CN112141210B - 一种基于电子差速底盘的航向控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电子差速底盘的航向控制方法及装置，步骤一：上位机根据相关接口接收当前航向和目标航向数据；步骤二：上位机经过数据处理和导航决策计算得出航向偏差值；步骤三：将航向偏差值经RS232通讯模块传输至底盘控制器；本发明涉及车辆控制系统技术领域。该基于电子差速底盘的航向控制方法及装置，通过检测车辆当前实际的航向与目标航向数据进行对比分析，通过相应的计算，可持续输出航向偏差值进行纠偏，而通过底盘控制器控制对应的电机转动，即可实现对车辆行经路线的实时纠偏，保证车辆按照目标航向正常移动，可避免因道路不平或颠簸等原因引起的车辆行驶方向出现偏差，适合无人控制等特殊车辆的运行。

Description

一种基于电子差速底盘的航向控制方法及装置

技术领域

本发明涉及车辆控制系统技术领域，具体为一种基于电子差速底盘的航 向控制方法及装置。

背景技术

自动驾驶汽车又称无人驾驶汽车、电脑驾驶汽车、或轮式移动机器人， 是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。在20世纪已有数十年的历史， 21世纪初呈现出接近实用化的趋势。自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、 雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，让电脑可以在没有任何人类主动 的操作下，自动安全地操作机动车辆。

现有的无人驾驶车辆，其一般是通过输入指定的行驶路线，由计算机控 制车辆按设定的路线行进，但若在野外或山路等道路不平的情况下，由于颠 簸和重力偏差等因素，会使车身在车轮行进方向不变的情况下发生整体偏移， 进而偏离路线，而其无法自动纠偏，只能依靠人工远程控制，使用具有局限 性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于电子差速底盘的航向控制 方法及装置，解决了现有的无人驾驶车辆，只是按照设定的路线运行，在野 外或山路等道路不平的情况下，由于颠簸和重力偏差等因素，会使车身在车 轮行进方向不变的情况下发生整体偏移，进而偏离路线，而其无法自动纠偏， 只能依靠人工远程控制，使用具有局限性的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于电子差 速底盘的航向控制方法，包括如下步骤：

步骤一：上位机根据相关接口接收当前航向和目标航向数据；

步骤二：上位机经过数据处理和导航决策计算得出航向偏差值；

步骤三：将航向偏差值经RS232通讯模块传输至底盘控制器；

步骤四：底盘控制器接收到偏差值之后根据PID算法不断进行航向纠偏 计算，通过计算得出的左右两轮不同的PWM控制量，间接控制底盘行驶中的 角速度，最终寻求当前航向与目标航向偏差值变为零，直到到达目标点，实 现底盘的航向控制。

优选的，所述步骤一中，上位机通过通讯接口读取IMU的数据，解析提 取出航向角度值。

优选的，所述步骤二中，将步骤一中得出的航向角度值经过坐标系 变换和磁偏角矫正计算得出计算所用值，并与相关导航接口所得目标航向值 做差值计算，得到航向角偏差。

优选的，所述步骤四中，将步骤二中所得航向角偏差值通过算法计算后控制两轮底盘按照目标航向角前进。

优选的，当求得的航向偏差角度的值大于180度或小于-180度时，从反 方向进行转向；获取需要偏转的角度后，不断调整底盘的前进方向，寻求航 向与目标航向角一致地行进。

优选的，所述步骤四中，底盘控制器接收到航向偏差角之后首先通过外 环PD算法进行角度控制，然后通过两轮底盘运动学解算出基于角速度控制的 内环PID算法分别对两轮进行速度控制，从而实现航向角偏差趋于零的控制。

本发明还公开了一种基于电子差速底盘的航向控制装置，包括IMU传感 器、上位机、RS232通讯模块和电子差速底盘，所述上位机包括数据采集端口、 数据处理系统和导航决策单元，所述IMU传感器的输出端与数据采集端口的 输入端电性连接，所述数据采集端口的输出端与数据处理系统的输入端电性 连接，所述数据处理系统的输出端与导航决策单元的输入端电性连接。

优选的，所述电子差速底盘包括底盘控制器、第一编码器、第二编码器、 左轮电机和右轮电机，所述底盘控制器的输出端分别与左轮电机和右轮电机 的输入端电性连接，所述左轮电机和右轮电机的输出端分别对应与第一编码 器和第二编码器的输入端电性连接，所述第一编码器和第二编码器的输出端 均与底盘控制器的输入端电性连接。

优选的，所述导航决策单元的输出端与RS232通讯模块的输入端电性连 接，所述RS232通讯模块的输出端与底盘控制器的输入端无线连接。

有益效果

本发明提供了一种基于电子差速底盘的航向控制方法及装置。与现有技 术相比具备以下有益效果：

(1)、该基于电子差速底盘的航向控制方法及装置，通过步骤一：上位 机根据相关接口接收当前航向和目标航向数据；步骤二：上位机经过数据处 理和导航决策计算得出航向偏差值；步骤三：将航向偏差值经RS232通讯模 块传输至底盘控制器；步骤四：底盘控制器接收到偏差值之后根据PID算法 不断进行航向纠偏计算，通过计算得出的左右两轮不同的PWM控制量，间接 控制底盘行驶中的角速度，最终寻求当前航向与目标航向偏差值变为零，直 到到达目标点，实现底盘的航向控制；通过检测车辆当前实际的航向与目标 航向数据进行对比分析，通过相应的计算，可持续输出航向偏差值进行纠偏， 而通过底盘控制器控制对应的电机转动，即可实现对车辆行经路线的实时纠 偏，保证车辆按照目标航向正常移动，可避免因道路不平或颠簸等原因引起 的车辆行驶方向出现偏差，适合无人控制等特殊车辆的运行，计算准确快速 无需人工持续操控。

(2)、该基于电子差速底盘的航向控制方法及装置，通过在当求得的航 向偏差角度的值大于180度或小于-180度时，从反方向进行转向；获取需要 偏转的角度后，不断调整底盘的前进方向，寻求航向与目标航向角一致地行 进；通过此操作，可识别出车身的朝向，使车身在朝向相反时可以及时自动 的调转反向，避免因车身朝向相反而导致的方向计算错误，进而使误差越来 越大的问题。

附图说明

图1为本发明的系统原理框图。

图中：1-IMU传感器、2-上位机、21-数据采集端口、22-数据处理系统、 23-导航决策单元、3-RS232通讯模块、4-电子差速底盘、41-底盘控制器、42- 第一编码器、43-第二编码器、44-左轮电机、45-右轮电机。

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。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于电子差速底盘的航向控 制方法，包括如下步骤：

步骤一：上位机2根据相关接口接收当前航向和目标航向数据；

步骤二：上位机2经过数据处理和导航决策计算得出航向偏差值；

步骤三：将航向偏差值经RS232通讯模块3传输至底盘控制器41；

步骤四：底盘控制器41接收到偏差值之后根据PID算法不断进行航向纠 偏计算，通过计算得出的左右两轮不同的PWM控制量，间接控制底盘行驶中 的角速度，最终寻求当前航向与目标航向偏差值变为零，直到到达目标点， 实现底盘的航向控制。通过检测车辆当前实际的航向与目标航向数据进行对 比分析，通过相应的计算，可持续输出航向偏差值进行纠偏，而通过底盘控 制器41控制对应的电机转动，即可实现对车辆行经路线的实时纠偏，保证车 辆按照目标航向正常移动，可避免因道路不平或颠簸等原因引起的车辆行驶方向出现偏差，适合无人控制等特殊车辆的运行，计算准确快速，无需人工 持续操控。

步骤一中，上位机2通过通讯接口读取IMU的数据，解析提取出航向角度值。

步骤二中，将步骤一中得出的航向角度值经过坐标系变换和磁偏角 矫正计算得出计算所用值，并与相关导航接口所得目标航向值做差值计算， 得到航向角偏差；当求得的航向偏差角度的值大于180度或小于-180度时， 从反方向进行转向；获取需要偏转的角度后，不断调整底盘的前进方向，寻 求航向与目标航向角一致地行进，通过此操作，可识别出车身的朝向，使车 身在朝向相反时可以及时自动的调转反向，避免因车身朝向相反而导致的方 向计算错误，进而使误差越来越大的问题。

步骤四中，将步骤二中所得航向角偏差值通过算法计算后控制两轮 底盘按照目标航向角前进；步骤四中，底盘控制器41接收到航向偏差角之后 首先通过外环PD算法进行角度控制，然后通过两轮底盘运动学解算出基于角 速度控制的内环PID算法分别对两轮进行速度控制，从而实现航向角偏差趋 于零的控制。

本发明还公开了一种基于电子差速底盘的航向控制装置，包括IMU传感 器1、上位机2、RS232通讯模块3和电子差速底盘4，IMU传感器1为LVG727T 型号传感器，RS232通讯模块为HKW-40TR型号无线数传通讯模块，上位机2 包括数据采集端口21、数据处理系统22和导航决策单元23，IMU传感器1的 输出端与数据采集端口21的输入端电性连接，所述数据采集端口21的输出 端与数据处理系统22的输入端电性连接，数据处理系统22的输出端与导航 决策单元23的输入端电性连接。

电子差速底盘4包括底盘控制器41、第一编码器42、第二编码器43、左 轮电机44和右轮电机45，底盘控制器41的输出端分别与左轮电机44和右轮 电机45的输入端电性连接，左轮电机44和右轮电机45的输出端分别对应与 第一编码器42和第二编码器43的输入端电性连接，第一编码器42和第二编 码器43的输出端均与底盘控制器41的输入端电性连接。

导航决策单元23的输出端与RS232通讯模块3的输入端电性连接，RS232 通讯模块3的输出端与底盘控制器41的输入端无线连接。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有 技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来 将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示 这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、 “包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系 列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明 确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有 的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而 言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行 多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于电子差速底盘的航向控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：上位机（2）根据相关接口接收当前航向和目标航向数据；

步骤二：上位机（2）经过数据处理和导航决策计算得出航向偏差值；

步骤三：将航向偏差值经RS232通讯模块（3）传输至底盘控制器（41）；

步骤四：底盘控制器（41）接收到偏差值之后根据PID算法不断进行航向纠偏计算，通过计算得出的左右两轮不同的PWM控制量，间接控制底盘行驶中的角速度，最终寻求当前航向与目标航向偏差值变为零，直到到达目标点，实现底盘的航向控制；

该基于电子差速底盘的航向控制方法的控制装置，包括IMU传感器（1）、上位机（2）、RS232通讯模块（3）和电子差速底盘（4），所述上位机（2）包括数据采集端口（21）、数据处理系统（22）和导航决策单元（23），所述IMU传感器（1）的输出端与数据采集端口（21）的输入端电性连接，所述数据采集端口（21）的输出端与数据处理系统（22）的输入端电性连接，所述数据处理系统（22）的输出端与导航决策单元（23）的输入端电性连接；

所述电子差速底盘（4）包括底盘控制器（41）、第一编码器（42）、第二编码器（43）、左轮电机（44）和右轮电机（45），所述底盘控制器（41）的输出端分别与左轮电机（44）和右轮电机（45）的输入端电性连接，所述左轮电机（44）和右轮电机（45）的输出端分别对应与第一编码器（42）和第二编码器（43）的输入端电性连接，所述第一编码器（42）和第二编码器（43）的输出端均与底盘控制器（41）的输入端电性连接，所述导航决策单元（23）的输出端与RS232通讯模块（3）的输入端电性连接，所述RS232通讯模块（3）的输出端与底盘控制器（41）的输入端无线连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于电子差速底盘的航向控制方法，其特征在于：所述步骤一中，上位机（2）通过通讯接口读取IMU的数据，解析提取出航向角度值。

3.根据权利要求2所述的一种基于电子差速底盘的航向控制方法，其特征在于：所述步骤二中，将权利要求2中得出的航向角度值经过坐标系变换和磁偏角矫正计算得出计算所用值，并与相关导航接口所得目标航向值做差值计算，得到航向角偏差。

4.根据权利要求3所述的一种基于电子差速底盘的航向控制方法，其特征在于：所述步骤四中，将权利要求3中所得航向角偏差值通过算法计算后控制两轮底盘按照目标航向角前进。

5.根据权利要求1所述的一种基于电子差速底盘的航向控制方法，其特征在于：当求得的航向偏差角度的值大于180度或小于-180度时，从反方向进行转向；获取需要偏转的角度后，不断调整底盘的前进方向，寻求航向与目标航向角一致地行进。

6.根据权利要求1所述的一种基于电子差速底盘的航向控制方法，其特征在于：所述步骤四中，底盘控制器（41）接收到航向偏差角之后首先通过外环PD算法进行角度控制，然后通过两轮底盘运动学解算出基于角速度控制的内环PID算法分别对两轮进行速度控制，从而实现航向角偏差趋于零的控制。

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