CN115320408A - 轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法 - Google Patents

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陈平录
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Abstract

本发明公开了一种轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法，步骤如下：首先获取移动机器人的期望转角、轮腿摆角信息和移动机器人的动力信息，根据期望转角划分为直线行驶控制模式和转向控制模式，根据移动机器人轮腿的摆角信息、横摆角速度和质心偏侧角划分为正常直线行驶控制模式、非正常直线行驶控制模式、正常转向控制模式和非正常转向控制模式，并计算确定各控制模式下的各轮驱动转矩的目标值，通过调节轮毂电机的电流实现对驱动转矩的反馈控制，使移动机器人的实际行驶路径与期望行驶路径一致。本发明旨在克服轮腿式移动机器人由于轮腿摆动对小车行驶稳定性的影响，提高各轮的行驶稳定性。

Description

轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法
技术领域
本发明涉及机器人驱动控制技术领域，具体地指一种轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法。
背景技术
在轮毂电机驱动车辆与传统车辆相比，其在动力配置、传动效率、操控性能以及能源利用等方面具有技术优势，其响应快捷，正反转灵活，瞬间动力性能更为优越，显著提高了车辆适应恶劣路面条件的行驶能力。轮腿式机器人具有机动灵活、行驶速度快、越障能力强等优点，在太空探测、极地探险、考古发掘、军事侦查、救灾抢险等领域有广泛的应用前景。轮腿式轮毂电机驱动移动机器人能够很好的适应果园以及油茶林的崎岖地形，能够精确调节四轮转矩，从而提高机器人的行驶稳定性。
轮腿式移动机器人在越障过程中由于轮腿的摆动，会导致各轮转矩的差异从而影响了其行驶稳定性，同时轮腿式移动机器人在转向过程由于轮腿的摆动角度的差异，也会导致各轮的轴向力不在同一轴线上的情况，从而使其在驱动控制过程中的精度不足。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法，该方法可以提高移动机器人驱动控制过程中的控制精度，提高轮腿式移动机器人的行驶稳定性。
为实现上述目的，本发明公开了一种轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法，步骤如下：首先获取移动机器人的期望转角、轮腿摆角信息和移动机器人的动力信息，根据期望转角划分为直线行驶控制模式和转向控制模式，根据移动机器人轮腿的摆角信息、横摆角速度和质心偏侧角划分为正常直线行驶控制模式、非正常直线行驶控制模式、正常转向控制模式和非正常转向控制模式，并计算确定各控制模式下的各轮驱动转矩的目标值，通过调节轮毂电机的电流实现对驱动转矩的反馈控制，使移动机器人的实际行驶路径与期望行驶路径一致。
进一步地，当期望转角为零，且各轮腿摆角一致，且横摆角速度和质心偏侧角在合理范围内时，进入正常直线行驶控制模式，无需对当前各轮进行转矩修正。
进一步地，当期望转角为零，且各轮腿摆角一致，且横摆角速度或质心偏侧角超出允许范围内时，或当期望转角为零，且各轮腿摆角不一致时，进入非正常直线行驶控制模式，对当前各轮进行转矩修正。
进一步地，当期望转角不为零，且横摆角速度和质心偏侧角在允许范围内时，进入正常转向控制模式，无需对当前各轮进行转矩修正。
进一步地，当期望转角不为零，且横摆角速度或质心偏侧角不在允许范围内时，进入非正常转向控制模式，对当前各轮进行转矩修正。
进一步地，在非正常直线行驶控制模式中，由于各轮腿的摆角不一致，则会产生横摆角速度以及质心偏侧角，导致小车无法正常直线行驶，因此需要对各轮进行转矩修正。
进一步地，在正常转向控制模式中，由于各轮腿的摆腿角度不一致所产生的横摆角速度和质心偏侧角正好处于当前期望转角所要求的允许范围内，能满足其正常转向，无需对各轮进行转矩修正。
进一步地，在非正常转向控制模式中，由于各轮腿的摆腿角度不一致所产生的横摆角速度和质心偏侧角与当前期望转角方向相反或同向当不在允许范围内，不能满足其正常转向，因此需要对各轮进行转矩修正。
本发明的有益效果：
1、控制模式划分更细化，提高控制精度。划分驱动控制模式时，还综合考虑了轮腿摆动角度的影响，根据轮腿摆角、横摆角速度和质心偏侧角将移动机器人行驶的工况划分为四种控制模式。
2、各轮转矩的目标值更加的精确，提高了行驶稳定性。本发明分别给出了正常直线行驶、非正常直线行驶、正常转向和非正常转向控制模式时摆角所处的状态，通过电流反馈修正各驱动轮的转矩，提高了各轮的行驶稳定性。
附图说明
图1为本发明控制方法的结构框图。
图2 为本发明控制方法的工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的解释。
如图1所示，一种轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法，其主要控制思路为：首先根据各传感器获取机器人的车轮期望转角、各轮腿摆角和动力信息输入ECU，动力信息包括各轮轮速、横摆角速度、质心偏侧角、纵向加速度和侧向加速度；根据期望转角划分为直线行驶控制模式和转向控制模式，根据移动机器人轮腿的摆角信息、横摆角速度和质心偏侧角划分为正常直线行驶控制模式、非正常直线行驶控制模式、正常转向控制模式和非正常转向控制模式，并计算确定各控制模式下的各轮驱动转矩的目标值，通过调节轮毂电机的电流实现对驱动转矩的反馈控制，使移动机器人的实际行驶路径与期望行驶路径一致。
如图2所示，本发明所述的轮腿式轮毂电机驱动移动机器人控制方法工作流程如下：
首先，机器人通过接收到的车轮期望转角信号，确定机器人的驱动控制模式是直线行驶控制模式还是转向控制模式；如果期望转角信号为零，则为直线行驶控制模式；若期望转角不为零，则执行转向控制模式。
ECU根据期望转角信息、各轮腿摆角和动力信息计算出该驱动控制模式下的期望横摆角速度和期望质心偏侧角。
当期望转角为零，且各轮腿摆角一致，且横摆角速度和质心偏侧角在合理范围内时，进入正常直线行驶控制模式，无需对当前各轮转矩进行调节。
当期望转角为零，且各轮腿摆角一致，且横摆角速度或质心偏侧角超出允许范围内时，或当期望转角为零，且各轮腿摆角不一致时，进入非正常直线行驶控制模式，计算各轮驱动转矩的目标值。
当期望转角不为零，且横摆角速度和质心偏侧角在允许范围内时，进入正常转向控制模式，无需对当前各轮进行转矩修正。
当期望转角不为零，且横摆角速度或质心偏侧角不在允许范围内时，进入非正常转向控制模式，计算各轮驱动转矩的目标值。
最后，根据不同控制模式下计算出的相应车轮驱动转矩的目标值输入到对应的电机控制器，电机控制器根据目标转矩信号，对与之相连的轮毂电机采用电流反馈调节转矩的控制方法进行电机驱动控制，从而实现各模式下各轮转矩的精确控制和各轮的行驶稳定性。

Claims (8)

1.一种轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法，其特征在于：获取智能小车的期望转角、轮腿摆角信息和小车的动力信息，根据期望转角划分为直线行驶控制模式和转向控制模式，根据小车轮腿的摆角信息、横摆角速度和质心偏侧角划分为正常直线行驶控制模式、非正常直线行驶控制模式、正常转向控制模式和非正常转向控制模式，并计算确定各控制模式下的各轮驱动转矩的目标值，通过调节轮毂电机的电流实现对驱动转矩的反馈控制，使小车的实际行驶路径与期望行驶路径一致。
2.根据权利要求1所述的轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法，其特征在于：当期望转角为零，且各轮腿摆角一致，且横摆角速度和质心偏侧角在合理范围内时，进入正常直线行驶控制模式，无需对当前各轮进行转矩修正。
3.根据权利要求1所述的轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法，其特征在于：当期望转角为零，且各轮腿摆角一致，且横摆角速度或质心偏侧角超出允许范围内时，或当期望转角为零，且各轮腿摆角不一致时，进入非正常直线行驶控制模式，对当前各轮进行转矩修正。
4.根据权利要求1所述的轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法，其特征在于：当期望转角不为零，且横摆角速度和质心偏侧角在允许范围内时，进入正常转向控制模式，无需对当前各轮进行转矩修正。
5.根据权利要求1所述的轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法，其特征在于：当期望转角不为零，且横摆角速度或质心偏侧角不在允许范围内时，进入非正常转向控制模式，对当前各轮进行转矩修正。
6.根据权利要求3所述的轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法，其特征在于：在非正常直线行驶模式中，由于各轮腿的摆角不一致，则会产生横摆角速度以及质心偏侧角，导致小车无法正常直线行驶，因此需要对各轮进行转矩修正。
7.根据权利要求4所述的轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法，其特征在于：在正常转向控制模式中，由于各轮腿的摆腿角度不一致所产生的横摆角速度和质心偏侧角正好处于当前期望转角所要求的允许范围内，能满足其正常转向，无需进行转矩修正。
8.根据权利要求5所述的轮腿式轮毂电机驱动移动机器人转矩修正控制方法，其特征在于：在非正常转向控制模式中，由于各轮腿的摆腿角度不一致所产生的横摆角速度和质心偏侧角与当前期望转角方向相反或同向当不在允许范围内，不能满足其正常转向，因此需要对各轮进行转矩修正。
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