CN113320617B - 一种六轮差速转速控制方法和一种六轮差速转速控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能机器人技术领域，公开了一种六轮差速转速控制方法和一种六轮差速转速控制装置。该六轮差速转速控制方法包括:行走装置移动过程中，第一车轮、第三车轮、第五车轮的行驶速度均为左侧车速V_左，第二车轮、第四车轮、第六车轮的行驶速度均为右侧车速V_右，左侧车速V_左和右侧车速V_右通过本发明提供的六轮差分模型计算得到。试验证明，本发明能够对行走装置的左右车轮的车速进行合理分配，精确控制行走装置的行走路线和行车速度，可灵活实现直线行走、转弯和自转，从而实现六轮无人车在狭窄或极其颠簸的室内外稳定行运。

Description

一种六轮差速转速控制方法和一种六轮差速转速控制装置

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，特别涉及一种六轮差速转速控制方法和一种六轮差速转速控制装置。

背景技术

现有技术中的无人小车，一般采用二轮差分模型或阿克曼模型。其中：现行的二轮差分模型可以实现左右两个车轮根据要求实现不同的转速，从而实现转弯的目的，但是，该模型无法满足六轮车的控制导致预速度(即控制系统发出速度指令以令小车达到的预设速度，或称为目标速度)与实测速度(实时测量车速时反馈的实际车速)严重不匹配；现行的阿克曼模型，转弯半径较大，无法原地自转，同时，在狭窄的室内行驶时并不是很灵活，遇到狭窄或颠簸的路况不是很稳定。

因此，如何提供一种新型的适合六轮行走装置的六轮差速转速控制方法，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种六轮差速转速控制方法和一种六轮差速转速控制装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种六轮差速转速控制方法，适用所述六轮差速转速控制方法的行走装置包括同轴布置的第一车轮和第二车轮、同轴布置的第三车轮和第四车轮、同轴布置的第五车轮和第六车轮，其中：所述第一车轮、所述第三车轮、所述第五车轮位于所述行走装置的车体左侧且间隔距离相等；所述第二车轮、所述第四车轮、所述第六车轮位于所述行走装置的车体右侧且间隔距离相等；

所述六轮差速转速控制方法包括:

所述行走装置移动过程中，所述第一车轮、所述第三车轮、所述第五车轮的行驶速度均为左侧车速V_左，所述第二车轮、所述第四车轮、所述第六车轮的行驶速度均为右侧车速V_右，所述左侧车速V_左和所述右侧车速V_右通过六轮差分模型计算得到，所述六轮差分模型的公式包括：

其中：

V为所述行走装置的线速度；

ω为所述行走装置的角速度；

θ为所述第一车轮到六轮中心的直线与所述第三车轮到六轮中心的直线之间的夹角，所述六轮中心位于所述第二车轮和所述第四车轮之间的中间位置；

r'为所述第三车轮到所述六轮中心的距离；

r"为所述第一车轮到所述六轮中心的距离。

可选地，在上述六轮差速转速控制方法中，所述六轮差分模型公式中的线速度V和角速度ω的获得过程为：

检测所述行走装置的当下位置，并计算从所述当下位置到目标位置的最优路线，以及按照所述最优路线行走时所述行走装置在上述当下位置的最优线速度和最优角速度，所述最优线速度为所述六轮差分模型公式中的线速度V，所述最优角速度为所述六轮差分模型公式中的角速度ω。

可选地，在上述六轮差速转速控制方法中，每隔预设时间检测一次所述行走装置的当下位置，并根据所述六轮差分模型调整所述左侧车速V_左和所述右侧车速V_右。

可选地，在上述六轮差速转速控制方法中，所述行走装置中还包括：

用于驱动所述第一车轮、所述第三车轮、所述第五车轮同步转动的第一驱动装置；

用于驱动所述第二车轮、所述第四车轮、所述第六车轮同步转动的第二驱动装置。

可选地，在上述六轮差速转速控制方法中，所述第一驱动装置为第一电机，所述第二驱动装置为第二电机。

可选地，在上述六轮差速转速控制方法中，还包括:

根据所述左侧车速V_左计算所述第一电机的转速，并将此转速对应的转速信号发送至所述第一电机；

根据所述右侧车速V_右计算所述第二电机的转速，并将此转速对应的转速信号发送至所述第二电机。

可选地，在上述六轮差速转速控制方法中，所述第一车轮、所述第三车轮、所述第五车轮分别通过第一传动机构、第三传动机构、第五传动机构与所述第一驱动装置的输出轴传动连接；

所述第二车轮、所述第四车轮、所述第六车轮分别通过第二传动机构、第四传动机构、第六传动机构与所述第二驱动装置的输出轴传动连接。

可选地，在上述六轮差速转速控制方法中，还包括第一摇架、第二摇架、第一限位机构、第二限位机构，其中：

所述第一车轮、所述第三车轮、所述第一传动机构和所述第三传动机构均安装在所述第一摇架上，所述第一摇架可自由转动地安装在所述行走装置的车体左侧，并通过所述第一限位机构限定转动幅度；

所述第二车轮、所述第四车轮、所述第二传动机构和所述第四传动机构均安装在第二摇架上，所述第二摇架可自由转动地安装在所述行走装置的车体右侧，并通过所述第二限位机构限定转动幅度。

可选地，在上述六轮差速转速控制方法中，所述第一传动机构、所述第三传动机构、所述第二传动机构、所述第四传动机构均为齿轮传动机构；

所述第五传动机构、所述第六传动机构均为链轮传动机构。

一种六轮差速转速控制装置，包括：

用于检测行走装置当下位置的位置检测模块；

用于根据所述当下位置和目标位置规划出最优路线的路线规划模块；

用于根据所述最优路线获取行走装置在所述当下位置的线速度V和角速度ω的目标速度输出模块；

用于根据所述线速度V、所述角速度ω以及如权利要求1中所述的六轮差速转速控制方法中的六轮差分模型计算得到左侧车速V左和右侧车速V右的车轮速度计算模块；

用于将所述左侧车速V左换算成电机转速并将所述换算结果发送至第一电机的第一电机控制模块，所述第一电机与所述行走装置的左侧车轮传动连接；

用于将所述右侧车速V_右换算成电机转速并将所述换算结果发送至第二电机的第二电机控制模块，所述第二电机与所述行走装置的右侧车轮传动连接。

从上述技术方案可以看出，本发明不仅提供了一种六轮差分模型，并以该六轮差分模型为基础，提供了一种六轮差速转速控制方法和一种六轮差速转速控制装置。试验证明，通过本发明提供的六轮差速转速控制方法和六轮差速转速控制装置，能够对行走装置的左右车轮的车速进行合理分配，以精确控制行走装置的行走路线和行车速度，可灵活实现直线行走、转弯和自转，从而实现六轮无人车在狭窄或极其颠簸的室内外稳定行运的目的。

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为本发明实施例提供的六轮差速转速控制方法所适用的行走装置的简单结构示意图；

图2为本发明实施例提供的六轮差速转速控制方法的原理图；

图3为本发明实施例提供的一种行走装置的整体结构图。

具体实施方式

本发明公开了一种六轮差速转速控制方法和一种六轮差速转速控制装置。

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。

本发明实施例提供了一种六轮差速转速控制方法。请参阅图1，适用该六轮差速转速控制方法的行走装置为一种六轮行走机构，具体包括同轴布置的第一车轮11和第二车轮12、同轴布置的第三车轮13和第四车轮14、同轴布置的第五车轮15和第六车轮16。其中：第一车轮11、第三车轮13、第五车轮15位于行走装置的车体左侧且间隔距离相等；第二车轮12、第四车轮14、第六车轮16位于行走装置的车体右侧且间隔距离相等。

请参阅图2，以行走装置顺时针转向时的情况为例，将图1中的行走装置简化为几何图形后，可知：

V＝(V_左+V_右)/2

θ＝arctan(m/n)

V_左'＝V_左cosθ

V_右'＝V_右cosθ

ω_内＝(V_右-V_左)/2r'

ω_外＝(V_右'-V_左')/2r"

ω＝(ω_外+ω_内)/2

其中：

V为行走装置的线速度；

V_左为行走装置的左侧车轮速度(即第一车轮11、第三车轮13、第五车轮15的行驶速度)；

V_右为行走装置的右侧车轮速度(即第二车轮12、第四车轮14、第六车轮16的行驶速度)；

V_左'为V_左在外圆周运动中的速度分量；

V_右'为V_右在外圆周运动中的速度分量；

ω为行走装置的角速度；

ω_内为内圆周运动角速度；

ω_外为外圆周运动角速度；

θ为第一车轮11到六轮中心的直线与第三车轮13到六轮中心的直线之间的夹角，六轮中心位于第二车轮12和第四车轮14之间的中间位置；

r'为内圆周运动半径，也是第三车轮13到六轮中心的距离、第四车轮14到六轮中心的距离；

r"为外圆周运动半径，也是第一车轮11到六轮中心的距离、第二车轮12到六轮中心的距离、第五车轮15到六轮中心的距离、第六车轮16到六轮中心的距离；

m为第一车轮11的中心到第五车轮15的中心之间的距离，也是第二车轮12的中心到第六车轮16的中心之间的距离；

n为第一车轮11的中心到第二车轮12的中心之间的距离，也是第三车轮13的中心到第四车轮14的中心之间的距离、第五车轮15的中心到第六车轮16的中心之间的距离。

通过上述等式可得到：

即：

/>

综上，本发明实施例提供的六轮差速转速控制方法的核心在于包括如下步骤:

行走装置移动过程中，第一车轮11、第三车轮13、第五车轮15的行驶速度均为左侧车速V_左，第二车轮12、第四车轮14、第六车轮16的行驶速度均为右侧车速V_右，左侧车速V_左和右侧车速V_右通过六轮差分模型计算得到，该六轮差分模型的公式包括：

在具体实施例中，上述六轮差分模型公式中的线速度V和角速度ω的获得过程为：检测行走装置的当下位置，并计算从当下位置到目标位置的最优路线，以及按照最优路线行走时行走装置在上述当下位置的最优线速度和最优角速度，最优线速度即为上述六轮差分模型公式中的线速度V，最优角速度即为上述六轮差分模型公式中的角速度ω。

优选地，行走装置行驶过程中，每隔预设时间检测一次行走装置的当下位置，并根据六轮差分模型调整左侧车速V_左和右侧车速V_右。从而达到实时调整路线和实时控速的目的。

在具体实施例中，上述行走装置中设置有第一驱动装置和第二驱动装置。其中：第一驱动装置用于驱动第一车轮11、第三车轮13、第五车轮15同步转动；第二驱动装置用于驱动第二车轮12、第四车轮14、第六车轮16同步转动。例如，第一驱动装置为第一电机，第二驱动装置为第二电机，第一电机和第二电机分别与控制装置信号连接，且彼此独立运行。

从而，在具体实施例中，上述六轮差速转速控制方法中还包括如下步骤:

根据左侧车速V_左计算第一电机的转速，并将此转速对应的转速信号发送至第一电机；

根据右侧车速V_右计算第二电机的转速，并将此转速对应的转速信号发送至第二电机。

在具体实施例中，第一车轮11、第三车轮13、第五车轮15分别通过第一传动机构、第三传动机构、第五传动机构与第一驱动装置的输出轴传动连接；第二车轮12、第四车轮14、第六车轮16分别通过第二传动机构、第四传动机构、第六传动机构与第二驱动装置的输出轴传动连接。其中，关于各传动机构的结构组成，有多种可选方案，例如采用齿轮传动机构实现某车轮与驱动装置之间的动力传动，或采用链轮传动机构实现某车轮与驱动装置之间的动力传动。

或者，还可以是，如图3中所示，行走装置中除了上述车体、驱动装置和六个车轮之外，还包括第一摇架17、第二摇架18、第一限位机构171、第二限位机构181，其中：

第一车轮11、第三车轮13、第一传动机构和第三传动机构均安装在第一摇架17上，第一摇架17可自由转动地安装在行走装置的车体左侧，并通过第一限位机构171限定转动幅度，从而避免第一摇架17带着第一车轮11和第三车轮13过度翻转；

第二车轮12、第四车轮14、第二传动机构和第四传动机构均安装在第二摇架18上，第二摇架18可自由转动地安装在行走装置的车体右侧，并通过第二限位机构181限定转动幅度，从而避免第二摇架18带着第二车轮12和第四车轮14过度翻转。

具体地，所述第一传动机构、第三传动机构、第二传动机构、第四传动机构均优选采用齿轮传动机构；上述第五传动机构和第六传动机构均优选采用链轮传动机构。

本发明实施例还提供了一种六轮差速转速控制装置，该控制装置包括：

用于检测行走装置当下位置的位置检测模块；

用于根据当下位置和目标位置规划出最优路线的路线规划模块(即导航模块)，其中最优路线的计算方式有很多，本大名对此不做限制；

用于根据最优路线获取行走装置在当下位置的线速度V和角速度ω的目标速度输出模块；

用于根据线速度V、角速度ω以及上文中所说的六轮差速转速控制方法中的六轮差分模型计算得到左侧车速V_左和右侧车速V_右的车轮速度计算模块；

用于将左侧车速V_左换算成电机转速并将换算结果发送至第一电机的第一电机控制模块，第一电机与行走装置的左侧车轮传动连接；

用于将右侧车速V_右换算成电机转速并将换算结果发送至第二电机的第二电机控制模块，第二电机与行走装置的右侧车轮传动连接。

综上可见，本发明不仅提供了一种六轮差分模型，并以该六轮差分模型为基础，提供了一种六轮差速转速控制方法和一种六轮差速转速控制装置。试验证明，通过本发明实施例提供的六轮差速转速控制方法和六轮差速转速控制装置，能够对行走装置的左右车轮的车速进行合理分配，以精确控制行走装置的行走路线和行车速度，可灵活实现直线行走、转弯和自转，从而实现六轮无人车在狭窄或极其颠簸的室内外稳定行运的目的。

其中，容易理解的是，假设行走装置的同侧车轮转速相同，通过对左右两侧车轮分配不同的速度指令，则可以实现行走装置的直行、转弯及自转。

例如，在某一具体实施例中，该行走装置的行走过程如下：

通过导航模块实时调整行驶路线，并规划出行走装置在当下位置的线速度V和角速度ω；

通过上述线速度V和角速度ω以及上文中所说的六轮差分模型计算得到左侧车速V_左和右侧车速V_右，并以此控制第一电机和第二电机的转速，实现无人车按照规划路线行驶，并实时调整车速；

速度测试模块测试行走装置的行驶速度以及方向，反馈给导航模块，导航模块根据无人车实时位置重新规划行驶路线，并重复上述过程。

例如，某一行车装置对应的具体参数为：

r'＝0.34m，r"＝0.5521m，θ＝51.988°。

(一)当该行走装置在某一时刻要达到的角速度V为0.3rad/t，线速度ω为0.3m/s时，根据上述六轮差分模型计算得到：

1)左侧车轮的预转速(即控制系统向左侧车轮对应的驱动装置发出速度指令后控制左侧车轮达到的目标速度，具体为上述左侧车速V_左)为0.1521m/s。此时，由于左侧车轮转速n_左＝V_左/2πr(r为车轮半径)，因此，若r＝0.25m，则左侧车轮转速n_左为0.0969r/s；若左侧电机转速为左侧车轮转速的40倍，则左侧电机输出的转速为3.875r/s。

2)右侧车轮的预转速(即控制系统向右侧车轮对应的驱动装置发出速度指令后控制右侧车轮达到的目标速度，具体为上述右侧车速V_右)为0.4479m/s；此时，由于右侧车轮转速n_右＝V_右/2πr(r为车轮半径)，因此，若r＝0.25m，则右侧车轮转速n_右为0.2853r/s；若电机转速为车轮转速的40倍，右侧电机输出11.411r/s。

(二)当该行走装置在某一时刻原地自转时，角速度ω＝0.811rad/s，线速度V为0，根据上述六轮差分模型计算得到：

左侧车速V_左＝0.4m/s，右侧车速V_右＝-0.4m/s，

左侧车轮转速n_左＝0.2548rad/s，右侧车轮转速n_右＝-0.2548rad/s，

左侧电机输出的转速为10.192r/s，右侧电机输出的转速为-10.192r/s。

(三)当该行走装置在某一时刻直线移动时，角速度ω＝0，线速度V＝0.5m/s，根据上述六轮差分模型计算得到：

V_左＝V_右＝0.5m/s，

n_左＝n_右＝0.3185r/s，

左侧电机输出的转速＝右侧电机输出的转速＝12.74r/s。

在此需要说明的是，在不脱离本发明核心思想的基础上，上文中所提供的所有公式的任意变形和表达形式的改变，均在本发明保护范围内。

最后，还需要说明的是，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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 (6)

1.一种六轮差速转速控制方法，其特征在于，适用所述六轮差速转速控制方法的行走装置包括同轴布置的第一车轮和第二车轮、同轴布置的第三车轮和第四车轮、同轴布置的第五车轮和第六车轮，其中：所述第一车轮、所述第三车轮、所述第五车轮位于所述行走装置的车体左侧且间隔距离相等；所述第二车轮、所述第四车轮、所述第六车轮位于所述行走装置的车体右侧且间隔距离相等；

所述六轮差速转速控制方法包括:

所述行走装置移动过程中，所述第一车轮、所述第三车轮、所述第五车轮的行驶速度均为左侧车速V_左，所述第二车轮、所述第四车轮、所述第六车轮的行驶速度均为右侧车速V_右，所述左侧车速V_左和所述右侧车速V_右通过六轮差分模型计算得到，所述六轮差分模型的公式包括：

其中：

V为所述行走装置的线速度；

ω为所述行走装置的角速度；

θ为所述第一车轮到六轮中心的直线与所述第三车轮到六轮中心的直线之间的夹角，所述六轮中心位于所述第二车轮和所述第四车轮之间的中间位置；

r'为所述第三车轮到所述六轮中心的距离；

r"为所述第一车轮到所述六轮中心的距离；

每隔预设时间检测一次所述行走装置的当下位置，并根据所述六轮差分模型调整所述左侧车速V_左和所述右侧车速V_右；

所述行走装置中还包括：

用于驱动所述第一车轮、所述第三车轮、所述第五车轮同步转动的第一驱动装置；

用于驱动所述第二车轮、所述第四车轮、所述第六车轮同步转动的第二驱动装置；

所述第一车轮、所述第三车轮、所述第五车轮分别通过第一传动机构、第三传动机构、第五传动机构与所述第一驱动装置的输出轴传动连接；

所述第二车轮、所述第四车轮、所述第六车轮分别通过第二传动机构、第四传动机构、第六传动机构与所述第二驱动装置的输出轴传动连接；

还包括第一摇架、第二摇架、第一限位机构、第二限位机构，其中：

所述第一车轮、所述第三车轮、所述第一传动机构和所述第三传动机构均安装在所述第一摇架上，所述第一摇架可自由转动地安装在所述行走装置的车体左侧，并通过所述第一限位机构限定转动幅度；

所述第二车轮、所述第四车轮、所述第二传动机构和所述第四传动机构均安装在第二摇架上，所述第二摇架可自由转动地安装在所述行走装置的车体右侧，并通过所述第二限位机构限定转动幅度。

2.根据权利要求1所述的六轮差速转速控制方法，其特征在于，所述六轮差分模型公式中的线速度V和角速度ω的获得过程为：

检测所述行走装置的当下位置，并计算从所述当下位置到目标位置的最优路线，以及按照所述最优路线行走时所述行走装置在上述当下位置的最优线速度和最优角速度，所述最优线速度为所述六轮差分模型公式中的线速度V，所述最优角速度为所述六轮差分模型公式中的角速度ω。

3.根据权利要求1所述的六轮差速转速控制方法，其特征在于，所述第一驱动装置为第一电机，所述第二驱动装置为第二电机。

4.根据权利要求3所述的六轮差速转速控制方法，其特征在于，所述六轮差速转速控制方法中还包括:

根据所述左侧车速V_左计算所述第一电机的转速，并将此转速对应的转速信号发送至所述第一电机；

根据所述右侧车速V_右计算所述第二电机的转速，并将此转速对应的转速信号发送至所述第二电机。

5.根据权利要求1所述的六轮差速转速控制方法，其特征在于，所述第一传动机构、所述第三传动机构、所述第二传动机构、所述第四传动机构均为齿轮传动机构；

所述第五传动机构、所述第六传动机构均为链轮传动机构。

6.一种六轮差速转速控制装置，其特征在于，包括：

用于检测行走装置当下位置的位置检测模块；

用于根据所述当下位置和目标位置规划出最优路线的路线规划模块；

用于根据所述最优路线获取行走装置在所述当下位置的线速度V和角速度ω的目标速度输出模块；

用于根据所述线速度V、所述角速度ω以及如权利要求1中所述的六轮差速转速控制方法中的六轮差分模型计算得到左侧车速V左和右侧车速V右的车轮速度计算模块；

用于将所述左侧车速V左换算成电机转速并将所述换算结果发送至第一电机的第一电机控制模块，所述第一电机与所述行走装置的左侧车轮传动连接；

用于将所述右侧车速V_右换算成电机转速并将所述换算结果发送至第二电机的第二电机控制模块，所述第二电机与所述行走装置的右侧车轮传动连接。

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