CN113341989A - 轮式移动机器人及控制点模型建立方法、装置、存储介质 - Google Patents

轮式移动机器人及控制点模型建立方法、装置、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轮式移动机器人及其控制点模型建立方法、装置、存储介质,属于移动机器人领域。所述轮式移动机器人控制点模型建立方法包括:确定移动机器人的轴线和朝向,从所述轴线上选取一控制点;获取所述移动机器人的运动约束条件;根据所述移动机器人的运动约束条件和朝向,建立所述控制点模型。通过本发明实施例,轮式移动机器人在特定路径上进行自动化移动时能够同时实现位置和角度对于参考位置和角度的精确跟踪,以随时掌控所述轮式移动机器人姿态,提高工作效率。

Description

轮式移动机器人及控制点模型建立方法、装置、存储介质
技术领域
本发明涉及移动机器人领域,特别涉及一种轮式移动机器人及其控制点模型建立方法、装置、存储介质。
背景技术
目前,轮式移动机器人广泛应用于在仓库中进行自动化移动。
对于仓库高存储量的需求,常常需要考虑狭窄空间场景下准确掌控轮式移动机器人运动姿态的问题。
当轮式移动机器人在仓库里的狭窄场景中进行自动化移动时,仅仅实现精确跟踪控制轮式移动机器人的位置,对于随时掌控轮式移动机器人在特定路径上进行自动化移动来说是不够的,还需要能够同时实现精确跟踪控制轮式移动机器人的角度,其中,这里的位置和角度的精确跟踪,主要指对于给定位置和角度的精确跟踪。
目前还没有一种方法,可以在轮式移动机器人在特定路径上进行自动化移动时能够同时实现位置和角度对于参考位置和角度的精确跟踪。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供的一种轮式移动机器人及其控制点模型建立方法、装置、存储介质,可以在轮式移动机器人在特定路径上进行自动化移动时能够同时实现位置和角度对于参考位置和角度的精确跟踪,提高工作效率。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下:
根据本发明实施例的一个方面,提供的一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法,所述方法包括:
确定移动机器人的轴线和朝向,从所述轴线上选取一控制点;
获取所述移动机器人的运动约束条件;
根据所述移动机器人的运动约束条件和朝向,建立所述控制点模型。
根据本发明的另一个方面,提供的一种轮式移动机器人的控制点模型建立装置,应用于本发明实施例提供的一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法,所述装置包括:选取模块、获取模块、建立模块;其中:
所述选取模块用于确定移动机器人的轴线和朝向,从所述轴线上选取一控制点;
所述获取模块,用于获取所述移动机器人的运动约束条件;
所述建立模块,用于根据所述移动机器人的运动约束条件和朝向,建立所述控制点模型。
根据本发明的另一个方面,提供的一种轮式移动机器人,包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时实现本发明实施例提供的一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法的步骤。
根据本发明的另一个方面,提供的一种可读存储介质,所述可读存储介质上存储有一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法的程序,所述一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法的程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法的步骤。
与相关技术相比,本发明实施例提供的一种轮式移动机器人及其控制点模型建立方法、装置、存储介质,通过在移动机器人运动平面内的所在轴线上选取一个控制点,获取所述移动机器人的运动约束条件,根据所述移动机器人的运动约束条件和朝向,建立所述控制点模型,可以在轮式移动机器人在特定路径上进行自动化移动时能够同时实现位置和角度对于参考位置和角度的精确跟踪,以随时掌控所述轮式移动机器人姿态,提高工作效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一个差速驱动的轮式移动机器人的运动情况分析图。
图2为本发明实施例提供的一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法的流程示意图。
图3为本发明实施例提供的一种轮式移动机器人的控制点模型建立装置的结构示意图。
图4为本发明实施例提供的一种轮式移动机器人的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白,以下结合附图和实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅以解释本发明,并不用于限定本发明。
在后续的描述中,使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明,其本身没有特定的意义。因此,“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
在一个实施例中,如图2所示,本发明提供一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法,应用于差分驱动轮式移动机器人,所述方法包括:
S1、确定移动机器人的轴线和朝向,从所述轴线上选取一控制点;
S2、获取所述移动机器人的运动约束条件;
S3、根据所述移动机器人的运动约束条件和朝向,建立所述控制点模型。
在本实施例中,通过在移动机器人运动平面内的所在轴线上选取一个控制点,获取所述移动机器人的运动约束条件,根据所述移动机器人的运动约束条件和朝向,建立所述控制点模型,可以在轮式移动机器人在特定路径上进行自动化移动时能够同时实现位置和角度对于参考位置和角度的精确跟踪,以随时掌控所述轮式移动机器人姿态,提高工作效率。
在本实施例中,所述步骤S1中,所述确定移动机器人的轴线和朝向,从所述轴线上选取一控制点。
如图1所示,是一个差速驱动的轮式移动机器人的运动情况分析图。其中A点是机器人的后轴中心,轴线AB垂直于后轴中心所在的后轴,C点是直线AB上任意一点,D点是C点的对称点。轮式移动机器人所在车体的后轮是两个驱动轮,其左右轮的转速分别为ωl,ωr,两个后轮中心距离为d,两个后轮半径为r,l是控制点到机器人后轴中心的距离。假设A点坐标为(x,y),移动机器人的朝向为θ,则:
Figure BDA0003120767820000041
q点就是描述该轮式移动机器人运动的配型空间上的一个点。
一般来说,在实际应用时,一般只考虑控制点在轴线(直线AB)上的情况。所以,从轮式移动机器人的所述轴线上选取一控制点C,控制点C的坐标为(xC,yCC)。
在一个实施例中,所述步骤S2中,所述获取所述移动机器人的运动约束条件。
在本实施例中,所述机器人的运动约束条件包括移动机器人前进方向的速度η,移动机器人所在车体的横向速度ξ,以及移动机器人所在车体的横摆角速度ω。
在本实施例中,通过获取移动机器人的左右轮转速ωl、ωr、两个后轮中心距离d及两个后轮半径r,确定所述横摆角速度ω,如下式所示:
Figure BDA0003120767820000042
式中,ωl,ωr分别为左右轮转速,d为两个后轮中心距离,r为两个后轮半径。
通过获取移动机器人的左右轮转速ωl、ωr及两个后轮半径r,确定所述沿移动机器人前进方向的速度η,如下式所示:
Figure BDA0003120767820000051
式中,ωl,ωr分别为左右轮转速,r为两个后轮半径。
通过获取移动机器人的横摆角速度ω和控制点到机器人后轴中心的距离l,确定所述移动机器人所在车体的横向速度ξ,如下式所示:
ξ=ωl
式中,l是控制点到机器人后轴中心的距离,所述横摆角速度ω。
从而,获取移动机器人前进方向的速度η,移动机器人所在车体的横向速度ξ,以及移动机器人所在车体的横摆角速度ω,形成所述移动机器人的运动约束条件。即定义:
Figure BDA0003120767820000052
上式中,η是移动机器人前进方向的速度,ξ是移动机器人所在车体的横向速度,ω是移动机器人所在车体的横摆角速度。
在一个实施例中,所述步骤S3中,所述根据所述移动机器人的运动约束条件和朝向,建立所述控制点模型。
根据前面描述可知,控制点C的坐标为(xC,yCC),并且获取了移动机器人前进方向的速度η,移动机器人所在车体的横向速度ξ,以及移动机器人所在车体的横摆角速度ω。
根据图1的差速驱动的轮式移动机器人的运动情况分析,确定后轴中心的运动方程为:
Figure BDA0003120767820000053
一般来说,在实际应用时,一般只考虑控制点在轴线(直线AB)上的情况。设控制点C的坐标为(xC,yCC),则:
Figure BDA0003120767820000061
则确定控制点C的运动方程为:
Figure BDA0003120767820000062
即:
Figure BDA0003120767820000063
通过上述式3,建立所述控制点C的控制点模型。
设D点的坐标为(xD,yDD),则D点的运动方程为:
Figure BDA0003120767820000064
上述式(3)和(4)中,对于所述控制点C,那么如果l=0,意味着控制点C在后轴中心(A点),如果l<0,意味着控制点C在D点,即:如果控制点C在射线AB上,则l>0,如果控制点C在射线AD上,则l<0,如果控制点C就是A点,则l=0。
因此,式(3)中,控制量是η以及ω。也就是说,控制点是人为选定的移动机器人运动平面内的一个虚拟点,一般选取有物理意义的点,例如,一般选择的都是车辆的后轴中心(图1中的A点)。而实际在应用中,为了考虑车辆对空间的占用情况,既可以选择几何中心(图1中的AC之间的某个点),也可以选择靠近车头C点,具体怎么选,可以看实际的效果而定。甚至,在实际的应用中,还可以任意切换控制点,以实现某些特殊的需求,例如,在过弯道时,想要车体始终保持在曲线的中心附近,这时控制点选择C点,而在叉取货物时,需要控制后轮中心到某一具体位置,这时控制点可以选在后轮中心。
所以,本实施例中的控制点有如下性质:
(1)控制点可以是相对于移动机器人自身来说的任一点,例如图1中,A,B,C,D点都可以成为控制点。
(2)控制点并不是与机器人有物理连接的一个点。
(3)在正常应用时,对于不同的运动形态,控制点可以是不一样的,例如:对于原地选择,控制点只能放在A点,否则就不能实现精确的原地旋转;而对于正常的直线或者曲线运动,控制点可以放在A,B,C,D任意一点。
通过在移动机器人运动平面内的所在轴线上选取控制点,建立所述控制点的控制点模型,可以在轮式移动机器人在特定路径上进行自动化移动时能够同时实现位置和角度对于参考位置和角度的精确跟踪,以随时掌控所述轮式移动机器人姿态,提高工作效率。
在一个实施例中,如图3所示,本发明提供一种轮式移动机器人的控制点模型建立装置,应用于以上任一实施例所述的一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法,所述装置包括:选取模块10、获取模块20、建立模块30;其中:
所述选取模块10,用于确定移动机器人的轴线和朝向,从所述轴线上选取一控制点;
所述获取模块20,用于获取所述移动机器人的运动约束条件;
所述建立模块30,用于根据所述移动机器人的运动约束条件和朝向,建立所述控制点模型。
在本实施例中,通过在移动机器人运动平面内的所在轴线上选取一个控制点,获取所述移动机器人的运动约束条件,根据所述移动机器人的运动约束条件和朝向,建立所述控制点模型,可以在轮式移动机器人在特定路径上进行自动化移动时能够同时实现位置和角度对于参考位置和角度的精确跟踪,以随时掌控所述轮式移动机器人姿态,提高工作效率。
需要说明的是,上述装置实施例与方法实施例属于同一构思,其具体实现过程详见方法实施例,且方法实施例中的技术特征在装置实施例中均对应适用,这里不再赘述。
此外,本发明实施例还提供一种轮式移动机器人,如图4所示,所述装箱设备900包括:存储器902、处理器901及存储在所述存储器902中并可在所述处理器901上运行的一个或者多个计算机程序,所述存储器902和所述处理器901通过总线系统903耦合在一起,所述一个或者多个计算机程序被所述处理器901执行时以实现本发明实施例提供的一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法的以下步骤:
S1、确定移动机器人的轴线和朝向,从所述轴线上选取一控制点;
S2、获取所述移动机器人的运动约束条件;
S3、根据所述移动机器人的运动约束条件和朝向,建立所述控制点模型。
上述本发明实施例揭示的方法可以应用于所述处理器901中,或者由所述处理器901实现。所述处理器901可能是一种集成电路芯片,具有信号处理能力。在实现过程中,上述方法的各步骤可以通过所述处理器901中的硬件的集成逻辑电路或软件形式的指令完成。所述处理器901可以是通用处理器、DSP、或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。所述处理器901可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤,可以直接体现为硬件译码处理器执行完成,或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中,该存储介质位于存储器902,所述处理器901读取存储器902中的信息,结合其硬件完成前述方法的步骤。
可以理解,本发明实施例的存储器902可以是易失性存储器或者非易失性存储器,也可以包括易失性和非易失性存储器两者。其中,非易失性存储器可以是只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、可编程只读存储器(PROM,Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM,Erasable Read-Only Memory)、电可擦除只读存储器(EEPROM,Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM,Ferromagnetic Random Access Memory)、闪存(Flash Memory)或其他存储器技术、光盘只读存储器(CD-ROM,Compact Disk Read-Only Memory)、数字多功能盘(DVD,Digital VideoDisk)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置;易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM,Random Access Memory),通过示例性但不是限制性说明,许多形式的RAM可用,例如静态随机存取存储器(SRAM,Static Random Access Memory)、静态随机存取存储器(SSRAM,Synchronous Static Random Access Memory)、动态随机存取存储器(DRAM,Dynamic Random Access Memory)、同步动态随机存取存储器(SDRAM,SynchronousDynamic Random Access Memory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM,Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAM,Enhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM,SyncLink Dynamic Random Access Memory)、直接内存总线随机存取存储器(DRRAM,Direct Rambus Random Access Memory)。本发明实施例描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
需要说明的是,上述轮式移动机器人实施例与方法实施例属于同一构思,其具体实现过程详见方法实施例,且方法实施例中的技术特征在轮式移动机器人实施例中均对应适用,这里不再赘述。
另外,在示例性实施例中,本发明实施例还提供一种计算机存储介质,具体为计算机可读存储介质,例如包括存储计算机程序的存储器902,所述计算机存储介质上存储有一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法一个或者多个程序,所述一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法的一个或者多个程序被处理器901执行时以实现本发明实施例提供的一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法的以下步骤:
S1、确定移动机器人的轴线和朝向,从所述轴线上选取一控制点;
S2、获取所述移动机器人的运动约束条件;
S3、根据所述移动机器人的运动约束条件和朝向,建立所述控制点模型。
需要说明的是,上述计算机可读存储介质上的一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法程序实施例与方法实施例属于同一构思,其具体实现过程详见方法实施例,且方法实施例中的技术特征在上述计算机可读存储介质的实施例中均对应适用,这里不再赘述。
需要说明的是,在本文中,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、物品或者装置不仅包括那些要素,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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中,包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机,计算机,服务器,空调器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法,其特征在于,所述方法包括:
确定移动机器人的轴线和朝向,从所述轴线上选取一控制点;
获取所述移动机器人的运动约束条件;
根据所述移动机器人的运动约束条件和朝向,建立所述控制点模型。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述机器人的运动约束条件包括移动机器人前进方向的速度η,移动机器人所在车体的横向速度ξ,以及移动机器人所在车体的横摆角速度ω。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,通过获取移动机器人的左右轮转速ωl、ωr、两个后轮中心距离d及两个后轮半径r,确定所述横摆角速度ω,如下式所示:
Figure FDA0003120767810000011
式中,ωl,ωr分别为左右轮转速,d为两个后轮中心距离,r为两个后轮半径。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,通过获取移动机器人的左右轮转速ωl、ωr及两个后轮半径r,确定所述沿移动机器人前进方向的速度η,如下式所示:
Figure FDA0003120767810000012
式中,ωl,ωr分别为左右轮转速,r为两个后轮半径。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,通过获取移动机器人的横摆角速度ω和控制点到机器人后轴中心的距离l,确定所述移动机器人所在车体的横向速度ξ,如下式所示:
ξ=ωl
式中,l是控制点到机器人后轴中心的距离,所述横摆角速度ω。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述根据所述移动机器人的运动约束条件和朝向,建立所述控制点模型中,所述控制点模型为:
Figure FDA0003120767810000021
式中,η是移动机器人前进方向的速度,ξ是移动机器人所在车体的横向速度,ω是移动机器人所在车体的横摆角速度,θ是移动机器人朝向。
7.一种轮式移动机器人的控制点模型建立装置,应用于如权利要求1至6任一项所述的一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法,其特征在于,所述装置包括:选取模块、获取模块、建立模块;其中:
所述选取模块用于确定移动机器人的轴线和朝向,从所述轴线上选取一控制点;
所述获取模块,用于获取所述移动机器人的运动约束条件;
所述建立模块,用于根据所述移动机器人的运动约束条件和朝向,建立所述控制点模型。
8.一种轮式移动机器人,其特征在于,包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至6所述的一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法的步骤。
9.一种可读存储介质,其特征在于,所述可读存储介质上存储有一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法的程序,所述一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法的程序被处理器执行时实现如权利要求1至6所述的一种轮式移动机器人的控制点模型建立方法的步骤。
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