構建全方位移動裝置運動模型的方法及設備的製作方法

2023-07-10 16:47:26 2

專利名稱：構建全方位移動裝置運動模型的方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及建模方法及建模設備，特別涉及可以通過實驗的手段建立任 意構建全方位移動裝置運動模型的方法及設備。
背景技術：
隨著社會的進步，機器人已逐漸進入到人們的工作生活中，其可以代替 人們完成一系列的工作。而輪式的移動機器人由於其在各行業廣闊的應用前 景，已經成為機器人研究領域的一個重要分支。早期的輪式移動機器人大多 是非完整約束的輪式機器人，其雖然在開闊的工作空間中經過姿態的調整可 以達到任意的方向和位置上的移動，但是由於其不具有側向運動的能力，這 樣在緊湊的工作空間中就不再適用。
輪式的全方位移動機器人的產生使移動機器人能夠在保持機體姿態不變 的前提下沿任意方向移動。如圖1所示，其為現有輪式移動機器人的一種全
方位輪示意圖。此全方位輪包括可控的切向主動輪103以及不可控的徑向從 動輪105，這種主動輪103與從動輪105相結合的構造使輪式移動機器人的路 徑規劃、軌跡跟蹤等問題變得相對簡單。
而為了可以更好地控制移動機器人的運動，通常情況下需要先建立移動 機器人的運動模型，所謂的運動模型就是表示移動機器人運動狀態的一系列 公式。如專利局申請號為02150239. 0的專利提出了一種機器人位置和姿態的 推算定位方法及裝置，其通過在驅動輪側加裝測量輪，並在全方位輪式機器 人的每個輪子的各個自由度安裝裡程計。然後通過不同的裡程計信息的組合， 獲得多組轉彎半徑和轉向角，再通過信息融合技術得到運動軌跡的轉彎半徑 和轉向角，最後結合移動機器人圓弧運動及直線運動的運動模型獲得移動機 器人的位置和方向。
上述機器人位置和姿態的推算定位方法及裝置只要得到全方位移動機器
人的轉彎半徑、轉向角、上一次採樣時刻的位置和姿態，便可利用其運動模 型推算出其當前位置和姿態，不僅提高了定位精度，提高了抗千擾能力，而 且可用於不平整地面，並適合於在線實時定位。
但是，目前的輪式移動機器人都是使用解析的方法來建立其運動模型。 即假定移動機器人輪子結構的各種參數，包括輪子的個數，安裝位置等信息。 如上述機器人位置和姿態的推算定位方法及裝置中所提到的運動模型用到了 移動機器人前後輪子間的距離。然而一般情況下，真實移動機器人的相關參 數並不能精確知道，或者由於機械加工精度等問題與設計參數有一定的偏差， 此時，這種通過不精確參數解析得到的運動模型就會與實際運動模型出現偏 差，嚴重時會降低裝置的可控性能。另外，若是全方位移動機器人沒有提供 設計圖紙，即全方位移動機器人的各種參數不可知，則現有的建模方法無法 得到此全方位移動機器人的運動模型。
綜上所述，現有的全方位移動機器人的運動模型的建模方法存在以下缺陷
1、 現有的全方位移動機器人的運動模型的建模方法必須基於移動機器人 的機械結構，若移動機器人的機械結構不可知，則通過現有的建模方法無法 得到其運動模型。
2、 通過現有的建模方法建立全方位移動機器人的運動模型時，若移動機 器人的結構參數不精確，會造成得到的運動模型與實際運動模型出現偏差， 降低移動機器人的可控性能。

發明內容
本發明的目的是提供一種構建全方位移動裝置運動模型的方法，以解決 現有技術中，若機械結構未知或不精確時，則無法建立精確的運動模型的問 題。
本發明的另一目的是提供一種構建全方位移動裝置運動模型的設備，以 解決現有技術中，若機械結構未知或不精確時，則無法建立精確的運動模型 的問題。
本發明提出一種構建全方位移動裝置運動模型的方法，用以標定全方位 移動裝置的運動模型，此全方位移動裝置具有至少三個全方位輪。其包括以
下步驟首先，控制全方位移動裝置按照預先設定的運動參數進行平動，並 記錄下全方位移動裝置各個全方位輪的速度。其次，控制全方位移動裝置按 照預先設定的運動參數進行轉動，並記錄下全方位移動裝置各個全方位輪的 速度。接著，根據全方位移動裝置在平動與轉動過程中質心的運動信息以及 所記錄的各個全方位輪的速度，分別建立全方位移動裝置在平動與轉動方向 上的全方位輪到質心運動的傳遞矩陣。最後，擬合全方位移動裝置平動及轉 動方向上的全方位輪到質心運動的傳遞矩陣，形成全方位移動裝置的運動模 型。
依照本發明較佳實施例所述的構建全方位移動裝置運動模型的方法，設 定的平動參數包括設定起始角度、角度增大跨度、起始速度、速度增大跨度 以及平動次數。設定的轉動參數包括設定起始角速度、角速度增大跨度以及 轉動次悽丈。
依照本發明較佳實施例所述的構建全方位移動裝置運動模型的方法，全 方位移動裝置在平動及轉動過程中是自主動作。
依照本發明較佳實施例所述的構建全方位移動裝置運動模型的方法，全 方位移動裝置的平動及轉動是通過PID控制方法來控制的。
本發明另提出一種構建全方位移動裝置運動模型的設備，用以標定全方 位移動裝置的運動模型，全方位移動裝置包括至少三個全方位輪以及用以測
量各個全方位輪速度的測量4義，包括平動機構、轉動才幾構以及上位才;u。平動 機構用以令全方位移動裝置進行平動。轉動機構設置成與平動機構相對垂直， 其用以令全方位移動裝置進行轉動。上位機其分別與測量儀、平動機構及轉 動機構相連，用以設置全方位移動裝置平動與轉動時的動作參數，接收並保 存測量儀返回的全方位移動裝置平動與轉動時各個全方位輪的速度數據，以
及根據質心運動信息與全方位輪的速度，分別建立全方位移動裝置在平動與 轉動方向上的全方位輪到質心運動的傳遞矩陣，並擬合全方位移動裝置平動 及轉動方向上的全方位輪到質心運動的傳遞矩陣，形成全方位移動裝置的運
動模型。
依照本發明較佳實施例所述的構建全方位移動裝置運動模型的設備，其 平動機構還包括皮帶、複數個傳動輪以及用以控制傳動輪轉動的平動控制電 機，皮帶套於傳動輪上，平動控制電機分別連接傳動輪及上位機。
依照本發明較佳實施例所述的構建全方位移動裝置運動模型的設備，其 轉動機構還包括用以固定全方位移動裝置的固定裝置、具有刻度的旋轉裝置 以及轉動控制電機，旋轉裝置分別與固定裝置及轉動控制電機相連。
依照本發明較佳實施例所述的構建全方位移動裝置運動模型的設備，其 還包括正方向標識器，其與轉動機構相連，用以標明全方位移動裝置平動及 轉動時的正方向。
依照本發明較佳實施例所述的構建全方位移動裝置運動模型的設備，其
上位機包括PID控制裝置，其用以向平動機構及轉動機構發送PWM控制信號， 以控制平動機構及轉動機構的動作。
依照本發明較佳實施例所述的構建全方位移動裝置運動模型的設備，上 位機還包括無線通訊模塊，用以接收測量儀測量到的各個全方位輪的速度。
與現有技術相比，本發明具有以下優勢
1、本發明的構建全方位移動裝置運動模型的設備可以實現全方位移動裝 置任意角度任意速度下的穩定平動以及任意角速度的勻速轉動，並結合全方 位移動裝置的輪子速度信息，便可建立其運動模型。因此本發明無須知道全 方位移動裝置的結構參數便可以建立其運動模型，突破了現有運動模型建立 方法的局限性，可以更方便地建立運動模型來對全方位移動裝置進行控制， 具有很高的實用價值。
2、對於機械結構已知，理論運動模型可以建立的全方位移動裝置，可以 利用本發明的建模設備與建模方法檢測全方位移動裝置的結構參數中的不確 定因素，並確定理論運動模型與實際動作之間的差異。


圖l為現有輪式移動機器人的一種全方位輪示意圖2為本發明實施例的一種構建全方位移動裝置運動模型的設備結構圖3為一種全方位輪的全方位的平動速度示意圖4為一種四輪全方位輪的排布示意圖5為本發明實施例的一種構建全方位移動裝置運動模型的方法流程圖。
具體實施例方式
本發明的原理是使全方位移動裝置分別進行平動與轉動，並根據在平 動與轉動過程中其質心運動信息以及輪子的速度信息，分別建立平動及轉動
方向上的輪子速度到質心運動的傳遞方程，最後融合平動及轉動方向上的傳 遞方程，得到全方位移動裝置從質心運動到輪子速度的傳遞矩陣。其中，質 心是一個質點系的質量中心，它表示物體質量的中心。本發明所述的全方位 移動裝置既可以是全方位移動機器人，也可以是任何可移動的機械體。 以下結合附圖，具體說明本發明。
首先介紹能實現本發明的建模方法的一種構建全方位移動裝置運動模型 的設備，如圖2所示，其用以標定任意全方位移動裝置214的運動模型，其 中全方位移動裝置214包括至少三個全方位輪216以及用以測量各個全方位 輪216速度的測量儀(測量儀設置於全方位移動裝置214內部，故圖中未標 明)。此構建全方位移動裝置運動模型的設備包括平動機構、轉動機構以及上 位機201。平動機構又包括皮帶203、複數個傳動輪205以及控制傳動輪轉動 的平動控制電機207。此平動機構用於令全方位移動裝置進行平動，其皮帶 203套於傳動輪205上，平動控制電機207分別連接到傳動輪205及上位機
201。轉動機構又包括固定裝置209、具有刻度的旋轉裝置211以及轉動控制 電機213。此轉動機構用於令全方位移動裝置214進行轉動，其旋轉裝置分別 與固定裝置209及轉動控制電機213相連。上位機201是具有數據處理功能 的計算機，其分別與平動控制電機207及轉動控制電機213相連。
在此建模設備工作前，為了得到良好的測試數據，需要進行設備的初始 設定。首先通過固定裝置209將全方位移動裝置214固定在皮帶203與旋轉 裝置211之間。然後要為全方位移動裝置214標明一個運動的正方向，如圖2 中所示，在旋轉裝置211旁邊設置了一個正方向指針218,將全方位移動裝置 214的正方向對準正方向指針218,並作為初始運動的正方向。
在全方位移動裝置214的初始位置調整好之後，要通過上位機201輸入 全方位移動裝置214測試的運動參數，包括平動的參數與轉動的參數。平動 的參數可以是起始角度、角度增大跨度、起始速度、速度增大跨度以及平動 次數等。轉動的參數可以是起始角速度、角速度增大跨度以及轉動次數等。 其中，平動及轉動的測試次數要大於一定數值，才能保證後續有足夠多的數 據對矩陣參數進行擬合。
參數設置完畢之後便可以進行測試，構建全方位移動裝置運動模型的設 備可以通過上位機201的控制完全自主地進行平動與轉動測試。其中，平動 測試與轉動測試是兩個分開進行的動作，也即是在進行平動測試的時候，轉 動控制電機213處於鎖死的狀態，在進行轉動測試的時候，平動控制電機207 處於鎖死的狀態。比如當全方位移動裝置214要以角度30。、速度1.5m/s進行 平動時，首先通過旋轉裝置211轉到與正方向夾角30。的位置上，然後平動控 制電機207控制傳動輪205以1.5m/s的速度轉動，此時旋轉裝置211可以保 持鎖死狀態。於是，全方位移動裝置214進行了轉動速度為零的平動運動。 此次平動結束後，設備自動令全方位移動裝置214進入下一個測試動作。另 外，上位機201對平動機構及轉動機構可以採用傳統的PID控制方法，控制 信號為PWM波。
在設備運行時，設定的動作參數會記錄入上位機201中。並且當全方位 移動裝置214的動作達到設定的參數值時，測量儀便開始獲取各個全方位輪
216在一段時間內的速度信息，並將全方位輪216的速度信息傳輸到上位機 201中進行保存。測量儀與上位機201可以採用無線通訊的方式，在上位機 201中設置有現場可編程門陣列(FPGA， Field Programmable Gate Array)而 現場可編程門陣列帶有無線通訊模塊，上位機201通過無線通訊模塊採集測 量儀獲得的速度信息。
比如在設定動作參數時，平動參數是起始角度0。，角度增大跨度30。，角 度增大次數為5次，起始速度0.5m/s，速度增大跨度0.5m/s,速度增大次數4 次。轉動參數是起始角速度0.5rad/s,角速度增大跨度0.4 rad/s,轉動次數為8 次。根據這樣的設定，上位機201可以從測量儀處接收到平動測試20組數據， 轉動測試8組^t據。
當全方位移動裝置214平動及轉動測試完畢後，上位機201可以對數據 進行瀏覽和處理，每讀入一個測試文件，比如設定角度30。，速度1.5m/s的數 據，上位機201的屏幕上就會顯示出對應的全方位輪的測量速度值。全方位 輪的速度顯示出白噪聲的序列特性，如圖3所示，其為一種全方位輪的全方 位的平動速度示意圖，圖中的所測試的全方位移動裝置214具有四個全方位 輪，為了提高計算精度，可以通過拉動時間線去除因電機調整而產生的速度 尖峰。
對全方位移動裝置214建立運動模型的過程也即是上位機201處理數據 的過程。運動模型的建立分為兩種情況 一種是建立任意結構的對全方位移 動裝置214的運動模型，即全方位移動裝置214的結構不清楚的情況下建立 其運動模型；另一種是在知道了全方位移動裝置214結構情況下給定其精確 的運動模型。
在不知道全方位移動裝置214結構的情況下，首先根據上位機201採集 到的各個全方位輪216的速度，可以求得全方位輪216的速度平均值。
如以 一 =(('"《)"表示第k次測試中n個輪子返回的速度，根據此速度得 到第k次n個輪子的速度平均值"(V,v2，…，/f 。
再根據存儲在上位機201中的平動及轉動參數，計算得出全方位移動裝 置214的質心運動數據。若以"=( ，^，^)7表示第k次測試的設定值，也即
第k次測試時全方位移動裝置的質心運動信息可以從"=(^， )"中得出。
若第k次測試為轉動，則對於質心運動信息而言，Vk中的前兩項xk與/為零；
若第k次測試為平動，對於質心運動信息而言，Vk中的第三項0k為零。
然後再將全方位輪216的速度與全方位移動裝置214的質心運動數據按 照模型(l)進行線性回歸處理，便可得到平動及轉動方向上全方位輪到質心運 動的傳遞矩陣。最後綜合平動及轉動的兩個分量上的傳遞矩陣，便可以得到 全方位移動裝置214的運動模型
v = +F,".............(1)
其中^為"x:3矩陣，是從質心運動到全方位輪速度的傳遞矩陣。本發明最
終就是要通過試驗的手段確定人
在應用過程中，由路徑規劃和運動控制可以得到對全方位移動裝置214 的控制命令，命令形式為給出質心運動r-"，y，六"，於是通過運動模型v-j《 的運算將這一控制命令發送給全方位移動裝置214的全方位輪的電機進行控 制，可以實現對全方位移動裝置214的控制。
本發明建立運動模型時還存在另一種情況，當知道了全方位移動裝置214 結構情況下可以給定其精確的運動模型。上面的方法適用於全方位移動裝置 214結構未知前提下，或很難精確得到全方位移動裝置214結構的場合，但是 由於傳遞矩陣的計算使用線性擬合的方式，所以誤差平均分配在每個矩陣參 數上，也就是說沒有考慮到參數之間的約束關係，這樣勢必出現一定的偏差， 無法保證控制精度。 一些時候，我們可以通過機械設計圖紙計算出全方位移 動裝置214運動模型的理論模型，但是由於加工誤差或者其他原因，實際運 動模型和理論模型存在一定的偏差，此時應用理論模型無法給予全方位移動 裝置214良好的控制性能，此時同樣可以通過本發明的建模設備進行修正， 由於設計結構已知，所以我們可以通過理論模型建立傳遞矩陣參數之間的約 束關係，於是通過約束關係下的非線性優化可以給出精確的運動模型。
以下以具體示例來說明。
請參見圖4,其為一種四輪全方位輪的排布示意圖，4個輪子記作『u V" 『3、1、 4在前，2、 3在後。取小車的質心為原點建立起坐標系"，小
車的對稱軸為X軸。各輪的軸心在^下的位置向量為P" P2、 P3、 P4。記^的
長度為"，各輪的運動方向(都取逆時針方向)在^下的向量為D、各輪與L
垂直方向的向量為T,。設D'與x軸的夾角為P'， T'與x軸的夾角為7'。從更復
雜的模型考慮這裡讓T' ， D '成不同的角度。於是可以得到如上所述的v = ^r，的
形式如下formula see original document page 12
可見旋轉矩陣中的多個參數之間存在著約束關係，比如第一列和第二列 同時受到P和e的約束，而第一列和第三列存在著^的約束，這樣僅僅通過線 性擬合是無法體現這樣約束關係的，於是需要通過非線性優化手段，對上式 總的參數進行求解，才可以得到精確的運動方程。因此，可以利用本發明的 建模設備與建模方法;險測全方位移動裝置的結構參數中的不確定因素，並確 定理論運動模型與實際動作之間的差異。
特別的，圖2所述構建全方位移動裝置運動模型的設備並不限制本發明， 只要具備了平動機構、轉動機構及上位機的建模設備，且可以實現本發明功 能的任意設備皆在本發明的保護範圍內。
本發明還提出一種構建全方位移動裝置運動模型的方法，用以標定全方 位移動裝置的運動模型，全方位移動裝置具有至少一個全方位輪。請參見圖5, 其為本發明實施例的一種構建全方位移動裝置運動模型的方法流程圖，此構 建全方位移動裝置運動模型的方法包括以下步驟
S501，控制全方位移動裝置按照預設的運動參數進行平動，並記錄下全 方位移動裝置各個全方位輪的速度。
在進行平動之前，先標定一個起始正方向，並以此正方向為起始角度0。。 然後設定平動參數，平動參數可以是起始角度、角度增大跨度、起始速度、 速度增大跨度以及平動次數等。
並且在平動過程中記錄各個全方位輪的速度，速度的記錄可以由全方位
移動裝置自身來完成，可以在其內部設置記速器，在其進行平動的同時記錄 輪子的速度。
比如設置起始角度0。，角度增大跨度30。，角度增大次數為5次，起始速 度0.5m/s，速度增大跨度0.5m/s,速度增大次數4次。按照這種設定，全方位 移動裝置需要進行20次平動，也即有20組速度數據。
S503,控制全方位移動裝置進行轉動，並記錄下全方位移動裝置各個全 方位輪的速度。
在進行轉動之前，先設定轉動參數，轉動參數可以是起始角速度、角速 度增大跨度以及轉動次數等。並且在轉動的過程中將全方位輪的速度記錄下 來，全方位輪的速度同樣也可以由全方位移動裝置本身來記錄。
比如設置起始角速度0.5rad/s，角速度增大跨度0.4 rad/s，轉動次數為8 次，這樣即有8組速度數據。
S505，根據全方位移動裝置在平動與轉動過程中質心的運動信息以及所 記錄的各個全方位輪的速度，分別建立全方位移動裝置在平動與轉動方向上 的全方位輪到質心運動的傳遞矩陣。
建立傳遞方程的過程是一個數據處理的過程，當全方位移動裝置平動與 轉動結束後，分別對平動與轉動情況下質心運動的信息及全方位輪的速度進 行處理，並通過線性回歸得到傳遞矩陣的前兩列和後一列數據。
其中，全方位移動裝置的質心運動的信息是通過平動與轉動預設的參數 值中得出的，而全方位輪的速度是在平動與轉動的過程中測量得出的。
以"表示第k次測試的設定值為例，也即第k次測試時全方 位移動裝置的質心運動信息可以從^ = 中得出，若第k次測試為轉
動，則對於質心運動信息而言，Vk中的前兩項xk與/為零；若第k次測試為 平動，對於質心運動信息而言，Vk中的第三項0k為零。
以formula see original document page 13表示第k次測試中n個輪子返回的速度，根據此速度得到 n個輪子的速度平均值formula see original document page 13。
而根據模型(l)，便可以使用數據"formula see original document page 13和formula see original document page 13。"進行線
性回歸，從而分別得到平動與轉動方向上的全方位^^到質心運動的傳遞矩陣。
S507，擬合全方位移動裝置平動及轉動方向上的全方位輪到質心運動的 傳遞矩陣，形成全方位移動裝置的運動模型。
這裡是將上述得到的平動及轉動方向上的全方位輪到質心運動的傳遞方 程進行擬合，得出全方位移動裝置的運動模型
其中^為"xS矩陣，是從質心運動到全方位輪速度的傳遞矩陣。本發明的 最終就是要通過試驗的手段確定丄
另外，在全方位移動裝置進行平動及轉動時，需要釆集大於一定次數的 數據，才能保證足夠多的數據對矩陣參數進行擬合。
在實際應用中，由路徑規劃和運動控制可以得到對全方位移動裝置的控 制命令，命令形式為給出質心運動「 = ">^)",於是通過運動模型v-A「的運
算將這一控制命令發送給機器人的全方位輪的電機進行控制，可以實現對全 方位移動機器人的控制。
如果全方位移動裝置的結構已知，也可以通過本發明的建模方法建立精 確的運動模型，以圖4的四輪全方位輪的排布示意圖為例，4個輪子記作^、 伊"『3、 l, 1、 4在前，2、 3在後。取小車的質心為原點建立起坐標系"， 小車的對稱軸為x軸。各輪的軸心在^下的位置向量為P!、 p2、 P;、 p4。記卜 的長度為"，各輪的運動方向(都取逆時針方向)在"下的向量為D'。各輪 與P'垂直方向的向量為T、設D'與x軸的夾角為r, L與x軸的夾角為7'。從 更複雜的模型考慮這裡讓T'， D'成不同的角度。於是可以得到如上所述的 v-v4+,的形式如下:
formula see original document page 14
可見旋轉矩陣中的多個參數之間存在著約束關係，比如第一列和第二列 同時受到^和0的約束，而第一列和第三列存在著^的約束，這樣僅僅通過線
性擬合是無法體現這樣約束關係的，於是需要通過非線性優化手段，對上式 總的參數進行求解，才可以得到精確的運動方程。因此，可以利用本發明的 建模設備與建模方法檢測全方位移動裝置的結構參數中的不確定因素，並確 定理論運動模型與實際動作之間的差異。
與現有技術相比，本發明具有以下優勢
1、 本發明的構建全方位移動裝置運動模型的設備可以實現全方位移動裝 置任意角度任意速度下的穩定平動以及任意角速度的勻速轉動，並結合全方 位移動裝置的輪子速度信息，便可建立其運動模型。因此本發明無須知道全 方位移動裝置的結構參數便可以建立其運動模型，突破了現有運動模型建立 方法的局限性，可以更方便地建立運動模型來對全方位移動裝置進行控制， 具有很高的實用價值。
2、 對於機械結構已知，理論運動模型可以建立的全方位移動裝置，可以 利用本發明的建模設備與建模方法檢測全方位移動裝置的結構參數中的不確 定因素，並確定理論運動模型與實際動作之間的差異。
以上公開的僅為本發明的幾個具體實施例，但本發明並非局限於此，任 何本領域的技術人員能思之的變化，都應落在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種構建全方位移動裝置運動模型的方法，用以標定一全方位移動裝置的運動模型，該全方位移動裝置具有至少三個全方位輪，其特徵在於，包括以下步驟控制該全方位移動裝置按照預先設定的運動參數進行平動，並記錄下該全方位移動裝置各個全方位輪的速度；控制該全方位移動裝置按照預先設定的運動參數進行轉動，並記錄下該全方位移動裝置各個全方位輪的速度；根據該全方位移動裝置在平動與轉動過程中質心的運動信息以及所記錄的各個全方位輪的速度，分別建立該全方位移動裝置在平動與轉動方向上的全方位輪到質心運動的傳遞矩陣；擬合該全方位移動裝置平動及轉動方向上的全方位輪到質心運動的傳遞矩陣，形成該全方位移動裝置的運動模型。
2、 如權利要求1所述的構建全方位移動裝置運動模型的方法，其特徵在於，設定平動參數包括設定起始角度、角度增大跨度、起始速度、速度增大跨度以及平動次數；設定轉動參數包括設定起始角速度、角速度增大跨度以 及轉動次數。
3、 如權利要求1所述的構建全方位移動裝置運動模型的方法，其特徵在 於，該全方位移動裝置在平動及轉動過程中是自主動作。
4、 如權利要求1所述的構建全方位移動裝置運動模型的方法，其特徵在 於，該全方位移動裝置的平動及轉動是通過PID控制方法來控制的。
5、 一種構建全方位移動裝置運動模型的設備，用以標定一全方位移動裝 置的運動模型，該全方位移動裝置包括至少三個全方位輪以及用以測量各個 全方位輪速度的一測量儀，其特徵在於，包括一平動機構，用以令該全方位移動裝置進行平動；一轉動機構，其設置成與該平動機構相對垂直，用以令該全方位移動裝 置進行轉動；一上位機，其分別與該測量儀、該平動機構及該轉動才幾構相連，用以設 置該全方位移動裝置平動與轉動時的動作參數，接收並保存該測量儀返回的 該全方位移動裝置平動與轉動時各個全方位輪的速度數據，以及根據質心運 動信息與全方位輪的速度，分別建立該全方位移動裝置在平動與轉動方向上 的全方位輪到質心運動的傳遞矩陣，並擬合該全方位移動裝置平動及轉動方 向上的全方位輪到質心運動的傳遞矩陣，形成該全方位移動裝置的運動模型。
6、 如權利要求5所述的構建全方位移動裝置運動模型的設備，其特徵在 於，該平動機構包括一皮帶、複數個傳動輪以及用以控制該些傳動輪轉動的 一平動控制電機，該皮帶套於該些傳動輪上，該平動控制電機分別連接該上 位機及該些傳動輪。
7、 如權利要求5所述的構建全方位移動裝置運動模型的設備，其特徵在 於，該轉動機構包括用以固定該全方位移動裝置的一固定裝置、具有刻度的 一旋轉裝置以及一轉動控制電機，該旋轉裝置分別與該固定裝置及該轉動控 制電才幾相連。
8、 如權利要求5所述的構建全方位移動裝置運動模型的設備，其特徵在 於，其還包括一正方向標識器，其與該轉動機構相連，用以標明該全方位移 動裝置平動及轉動時的正方向。
9、 如權利要求5所述的構建全方位移動裝置運動模型的設備，其特徵在 於，該上位機包括一 PID控制裝置，其用以向該平動機構及該轉動機構發送 PWM控制信號，以控制該平動才幾構及該轉動才幾構的動作。
10、 如權利要求5所述的構建全方位移動裝置運動模型的設備，其特徵 在於，該上位機還包括一無線通訊模塊，用以接收該測量儀測量到的各個全 方位輪的速度。
全文摘要
本發明提出一種構建全方位移動裝置運動模型的方法及設備，其構建全方位移動裝置運動模型的方法包括以下步驟控制全方位移動裝置按照預先設定的運動參數進行平動，並記錄下全方位移動裝置各個全方位輪的速度；控制全方位移動裝置按照預先設定的運動參數進行轉動，並記錄下全方位移動裝置各個全方位輪的速度；根據全方位移動裝置在平動與轉動過程中質心的運動信息以及所記錄的各個全方位輪的速度，分別建立全方位移動裝置在平動與轉動方向上的全方位輪到質心運動的傳遞矩陣；擬合全方位移動裝置平動及轉動方向上的全方位輪到質心運動的傳遞矩陣，形成全方位移動裝置的運動模型。通過本發明可以建立任意全方位移動裝置的運動模型。
文檔編號G05D1/00GK101369134SQ200810200208
公開日2009年2月18日 申請日期2008年9月22日 優先權日2008年9月22日
發明者吳永海, 蓉 熊, 王文斐, 鄭洪波 申請人:中控科技集團有限公司;浙江大學