1.一种轮式机器人智能避障控制系统,其特征在于,包括:数据采集模块,所述数据采集模块用于对机器人自身状态及路面环境进行数据采集;
偏角计算模块,所述偏角计算模块通过计算机器人两边轮胎的转速差来判断机器人时间t0内的方向偏转角度α;
偏角辅助量调整模块,所述偏角辅助量调整模块获取偏角计算模块得到的结果与机器人自身的陀螺仪测量结果进行比较,进而对机器人调整方向时的轮胎打滑系数进行调整;
避障方案处理模块,所述避障方案处理模块在前进方向出现障碍物需要调整方向进行避障时,结合偏角计算模块及偏角辅助量调整模块的获取结果规划最佳避障方案,并对机器人的运动状态进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种轮式机器人智能避障控制系统,其特征在于:所述数据采集模块包括机器人状态采集模块及路面环境采集模块,所述机器人状态采集模块对机器人自身状态进行采集,机器人状态包括:机器人左右两边轮胎转速R左、R右、陀螺仪测量的偏转角度λ、机器人左右轮胎之间的距离L左右、左右轮胎的半径r;
所述路面环境采集模块对路面上阻碍机器人前进方向的障碍物数据进行采集,所述障碍物数据包括:障碍物到机器人的最短距离L1、障碍物左右两边距离L2、L3,所述障碍物左边距离L2为过机器人左右轮胎轴承中点且与机器人前进方向相同的直线与障碍物左边端点之间的距离,
所述障碍物右边距离L3为过机器人左右轮胎轴承中点且与机器人前进方向相同的直线与障碍物右边端点之间的距离。
3.根据权利要求2所述的一种轮式机器人智能避障控制系统,其特征在于:所述偏角计算模块获取数据采集模块中机器人状态采集模块采集的数据,计算机器人左右两边轮胎转速差,将所得转速差与左右轮胎的周长相乘,得到左右轮胎单位时间内行驶距离的差值,所述左右轮胎的周长为左右轮胎的半径r与2π的乘积,左右轮胎单位时间内行驶距离的差值与机器人左右轮胎之间的距离L左右的商即为机器人单位时间内的方向偏转角度α1,对机器人方向偏转角度α1进行积分,得到机器人时间t0内的方向偏转角度α,即
当R左>R右时,方向偏转角度α的值大于0,机器人前进方向向左偏转;
当R左
当R左=R右时,方向偏转角度α的值为0,机器人前进方向不发生偏转。
4.根据权利要求3所述的一种轮式机器人智能避障控制系统,其特征在于:所述偏角辅助量调整模块获取偏角计算模块结算的该机器人时间t0内的方向偏转角度α及机器人自身的陀螺仪测量的偏转角度λ,计算α与λ的差值,所得差值为机器人在时间t0内因轮胎空转打滑导致的方向偏转角度误差α‑λ,所述方向偏转角度误差α‑λ与轮胎空转打滑时间t0、机器人左右轮胎的初始转速、轮胎打滑系数a,α‑λ的值等于轮胎空转打滑时间t0、机器人左右轮胎的初始转速、轮胎打滑系数a三者的乘积,
所述机器人左右轮胎的初始转速为机器人左右两边轮胎转速R左、R右中的较小值,即min{R左,R右},即α‑λ=t0·a·min{R左,R右},进而得到轮胎打滑系数
5.根据权利要求4所述的一种轮式机器人智能避障控制系统,其特征在于:所述避障方案处理模块包括障碍物判断模块,所述障碍物判断模块对机器人前进方向上是否存在障碍物阻碍机器人正常行驶,
所述障碍物判断模块判断机器人前进方向上是否存在障碍物的方法为判断过机器人左右轮胎轴承中点且与机器人前进方向相同的直线与障碍物是否存在交点,当过机器人左右轮胎轴承中点且与机器人前进方向相同的直线与障碍物存在交点,则判定机器人前进方向上存在障碍物阻碍机器人正常行驶;
当过机器人左右轮胎轴承中点且与机器人前进方向相同的直线与障碍物不存在交点,则判定机器人前进方向上不存在障碍物阻碍机器人正常行驶。
6.根据权利要求5所述的一种轮式机器人智能避障控制系统,其特征在于:所述避障方案处理模块获取障碍物判断模块的判断结果,当机器人前进方向上存在障碍物阻碍机器人正常行驶时,所述避障方案处理模块计算最佳避障方案,通过路面环境采集模块中障碍物到机器人的最短距离L1与机器人左右轮胎的初始速度V0的商,得到最佳避障时间t2,所述机器人左右轮胎的初始速度为机器人左右轮胎的初始转速与左右轮胎的周长的乘积,即V0=2π·r·min{R左,R右},进一步得到最佳避障时间
然后获取路面环境采集模块中障碍物左右两边距离L2、L3,获取L2与L3中的较小值min{L2,L3},进而得到最佳避障方向和避障距离,当min{L2,L3}=L2时,最佳避障方向为向左避障,最佳避障距离为L2,当min{L2,L3}=L3时,最佳避障方向为向右避障,最佳避障距离为L3;
接着所述避障方案处理模块结合偏角计算模块及偏角辅助量调整模块的获取结果进一步规划最佳避障方案,并对机器人的运动状态进行控制。
7.根据权利要求6所述的一种轮式机器人智能避障控制系统,其特征在于:所述避障方案处理模块获取偏角辅助量调整模块得到的轮胎打滑系数 计算出在最佳避障时间t2内机器人方向偏转角度误差(α‑λ)1,则所述R左1,R右1为调整后的机器人左右两边轮胎转速,为调整后的固定数值,进而得出机器人单位时间内方向偏转角度不变,进而得出最佳避障方案中机器人所行轨迹为圆弧,所述min{R左1,R右1}=min{R左,R右},进而得到将α2作为机器人最佳避障方案中实际方向偏转角度,将α2与(α‑λ)1的和作为机器人最佳避障方案中计划方向偏转角度,
可得
进而得到
根据min{L2,L3}与障碍物到机器人的最短距离L1之间的关系,能够推导出最佳避障方案中机器人所行圆弧轨迹对应的圆心角,即机器人最佳避障方案中实际方向偏转角度α2,所述
进而可以得到
当R左1>R右1时,机器人前进方向向左偏转,R左1的轮胎转速增大,增大的量为当R左1
8.根据权利要求7所述的一种轮式机器人智能避障控制系统,其特征在于:所述避障方案处理模块在执行最佳避障方案时,偏角辅助量调整模块依旧实时会对轮胎打滑系数a进行调整,进而实时对最佳避障方案进行更新。
9.根据权利要求1‑8所述的一种轮式机器人智能避障控制系统的机器人运动状态智能控制方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:S1、通过数据采集模块对机器人自身状态及路面环境进行数据采集;
S2、通过偏角计算模块计算机器人两边轮胎的转速差来判断机器人时间t0内的方向偏转角度α;
S3、根据偏角辅助量调整模块获取偏角计算模块得到的结果与机器人自身的陀螺仪测量结果进行比较,进而对机器人调整方向时的轮胎打滑系数进行调整;
S4、在避障方案处理模块中,在机器人前进方向出现障碍物需要调整方向进行避障时,结合偏角计算模块及偏角辅助量调整模块的获取结果规划最佳避障方案,并对机器人的运动状态进行控制。