專利名稱：一種適用于獨立式自動跟蹤的局部可柔度虛桿轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于智能移動機(jī)器人的自主控制，更特別地說，是指一種適用于獨立式自動跟蹤的局部可柔度虛桿轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在公開號CN101947788A，
公開日2011年1月19日中公開了名為“一種智能機(jī)器人”，該機(jī)器人包括人機(jī)接口模塊、主控制器、環(huán)境監(jiān)測模塊、機(jī)器人定位模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、視覺模塊、語音模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和電源管理模塊；人機(jī)接口模塊與用戶進(jìn)行人機(jī)信息交互，將接受數(shù)據(jù)傳輸至主控制器；環(huán)境監(jiān)測模塊將檢測到的信息輸入主控制器；機(jī)器人定位模塊將外部信息傳輸給主控制器；電機(jī)驅(qū)動模塊由主控制器控制，完成對電機(jī)驅(qū)動模塊內(nèi)驅(qū)動電機(jī)的伺服控制；視覺模塊和語音模塊將采集到的信號輸入主控制器內(nèi)，主控制器將采集到的各種信號均輸入數(shù)據(jù)存儲模塊內(nèi)，與數(shù)據(jù)存儲模塊內(nèi)預(yù)先調(diào)用的服務(wù)數(shù)據(jù)包進(jìn)行對比；主控制器控制無線數(shù)據(jù)傳輸模塊按預(yù)先設(shè)定的定時時間與服務(wù)端進(jìn)行信息交互；機(jī)器人內(nèi)的各模塊均由電源管理模塊供電。獨立式自動跟蹤系統(tǒng)與合作式系統(tǒng)的根本區(qū)別在于它不需要和外界進(jìn)行信息的通信交互，在使用上不需要依賴目標(biāo)機(jī)器人和道路設(shè)施，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。由于獨立式跟蹤系統(tǒng)無法直接獲得目標(biāo)機(jī)器人的運動狀態(tài)信息，所以無法簡單的復(fù)現(xiàn)目標(biāo)機(jī)器人的速度、加速度等信息，需要通過自動跟蹤系統(tǒng)對目標(biāo)機(jī)器人的位置、姿態(tài)信息進(jìn)行檢測來實現(xiàn)跟蹤。常規(guī)方法是通過采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)直接得到目標(biāo)機(jī)器人的位置、姿態(tài)信息，然后將該信息存儲在寄存器中，在跟蹤過程中不斷地讀取已經(jīng)存儲的目標(biāo)機(jī)器人的歷史軌跡信息來進(jìn)行逐點跟蹤，這種方法只是采取了跟蹤目標(biāo)機(jī)器人軌跡上的一系列的點，本質(zhì)上無法把目標(biāo)機(jī)器人的軌跡完全的復(fù)現(xiàn)出來。當(dāng)目標(biāo)機(jī)器人出現(xiàn)突然拐彎時，跟隨機(jī)器人若不能很好處理拐彎情況，跟隨機(jī)器人的運動會偏離目標(biāo)機(jī)器人的軌跡，增大跟蹤時的偏差，降低跟蹤性能，還有可能失去跟蹤目標(biāo)，無法達(dá)到跟蹤目的，甚至出現(xiàn)撞向路邊或者障礙物的危險情況。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決獨立式自動跟蹤系統(tǒng)中無法把目標(biāo)的軌跡完全進(jìn)行復(fù)現(xiàn)以及轉(zhuǎn)彎時的跟蹤偏差和丟失目標(biāo)等問題，本發(fā)明提供一種適用于獨立式自動跟蹤的局部可柔虛桿轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先通過激光雷達(dá)對目標(biāo)機(jī)器人進(jìn)行檢測，得到目標(biāo)機(jī)器人相對于自主跟隨機(jī)器人的距離與位姿，利用自主跟隨機(jī)器人的自我定位信息得到目標(biāo)機(jī)器人在全局坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)，由目標(biāo)機(jī)器人當(dāng)前點以及歷史點即可通過局部可柔度虛桿模型得到目標(biāo)機(jī)器人運動的軌跡曲線，進(jìn)而獲知剛性段與柔性段的拐點。更能使自主跟隨機(jī)器人精確地復(fù)現(xiàn)目標(biāo)機(jī)器人的運動軌跡。本發(fā)明的一種適用于獨立式自動跟蹤的局部可柔度虛桿轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)，該局部可柔度虛桿轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)加載在智能移動機(jī)器人的主控制器內(nèi)，所述的獨立式自動跟蹤是指自主跟隨智能移動機(jī)器人復(fù)現(xiàn)目標(biāo)智能移動機(jī)器人的前行軌跡。該局部可柔度虛桿轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)包括有激光測距儀(1)、GPS導(dǎo)航設(shè)備(2)、三軸陀螺儀(3)、碼盤(4)、攝像頭(5)、第一預(yù)處理單元(10)、第二預(yù)處理單元(20)、第三預(yù)處理單元(30)、第四預(yù)處理單元(40)、第一運動狀態(tài)檢測單元(7)、第二運動狀態(tài)檢測單元(8)和局部可柔虛桿自主跟蹤系統(tǒng)(6)；激光測距儀(1)、GPS導(dǎo)航設(shè)備(2)、三軸陀螺儀(3)、碼盤(4)和攝像頭(5)安裝在自主跟隨智能移動機(jī)器人上；激光測距儀(1)用于檢測自主跟隨機(jī)器人(后車)前方180°范圍內(nèi)物體距其的位置信息01 = {P1;P2，-,Pi, ···}；第一預(yù)處理單元(10)對01 = {P1;P2，-,Pi, ···}依
據(jù)距離與角度關(guān)系A(chǔ)cos(扎-α)進(jìn)行處理，得到前車相對后車的位置
信息P C' 0C;GPS導(dǎo)航設(shè)備⑵用于測量自主跟隨機(jī)器人(后車)當(dāng)前的位置信息込=(D經(jīng)度， D4fft)；第二預(yù)處理單元(20)依據(jù)全局坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系？ =對込=(D^5D4fft)
L^vV7」 Li^i度 u緯度」
進(jìn)行坐標(biāo)映射，得到自主跟隨機(jī)器人(后車)在全局坐標(biāo)系O-XY下的位置.:gF ；三軸陀螺儀(3)用于測量自主跟隨機(jī)器人(后車)當(dāng)前運動的角速度信息03 = (D3ijD32jD33)；第三預(yù)處理單元(30)對D3= (D3ijD32jD33)依據(jù)航向角關(guān)系Δ β =D33XtsS 行處理，得到自主跟隨機(jī)器人(后車)當(dāng)前航行的角度相對前一時刻t'的角度增量Δ β， ts表示陀螺儀的采樣時間；

碼盤(4)用于測量自主跟隨機(jī)器人(后車)運動過程以脈沖序列形式輸出的距離信息D4;第四預(yù)處理單元(40)對D4利用脈沖-距離關(guān)系A(chǔ)S=E D4XM進(jìn)行處理，得到自主跟隨機(jī)器人(后車)在采樣時間間隔At = t-t'內(nèi)前進(jìn)的位移AS ；攝像頭(5)用于實時采集目標(biāo)機(jī)器人(前車)前行的圖像信息PCK ；第二運動狀態(tài)檢測單元⑶第一方面依據(jù)航位推算方法
L·+Mcosi/ ,+^l
SF =； ^對「一 1 Δ β和AS進(jìn)行處理，來更新自主機(jī)器人在全局
W ⑵、
AV
坐標(biāo)系O-XY下的當(dāng)前位置坐標(biāo)；第二方面利用位移與速度的關(guān)系Vf ="^對Δ S進(jìn)行處
At
理，得到當(dāng)前時刻自主跟隨機(jī)器人(后車)的速度信息Vf ；然后利用速度與加速度的關(guān)系
CIf =”i求出當(dāng)前時刻自主跟隨機(jī)器人(后車)的加速度信息aF ；第三方面進(jìn)行位移AS At
的累積，即Sf= Σ Δ S;所述第二運動狀態(tài)檢測單元(8) —方面輸出Ail= 給第一運動
L 」
狀態(tài)檢測單元(7)，另一方面輸出D82 = {vF, aF, SF}給局部可柔虛桿自主跟蹤系統(tǒng)(6)；第一運動狀態(tài)檢測單元(7)首先依據(jù)位姿轉(zhuǎn)換關(guān)系式
權(quán)利要求
1. 一種適用于獨立式自動跟蹤的局部可柔度虛桿轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)，該局部可柔度虛桿轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)加載在智能移動機(jī)器人的主控制器內(nèi)，所述的獨立式自動跟蹤是指自主跟隨智能移動機(jī)器人復(fù)現(xiàn)目標(biāo)智能移動機(jī)器人的前行軌跡，其特征在于該局部可柔度虛桿轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)包括有激光測距儀(1)、GPS導(dǎo)航設(shè)備O)、三軸陀螺儀(3)、碼盤0)、攝像頭 (5)、第一預(yù)處理單元(10)、第二預(yù)處理單元(20)、第三預(yù)處理單元(30)、第四預(yù)處理單元 (40)、第一運動狀態(tài)檢測單元(7)、第二運動狀態(tài)檢測單元(8)和局部可柔虛桿自主跟蹤系統(tǒng)(6)；激光測距儀(1)、GPS導(dǎo)航設(shè)備O)、三軸陀螺儀(3)、碼盤(4)和攝像頭(5)安裝在自主跟隨智能移動機(jī)器人上；激光測距儀(1)用于檢測自主跟隨機(jī)器人(后車)前方180°范圍內(nèi)物體距其的位置信息 D1=^1, P2，-,Pi, ···}；第一預(yù)處理單元(10)對01 = {P1;P2，-,Pi, ···}依據(jù)距離與角度關(guān)系A(chǔ) = ■‘㈦筆凡cos(凡-or)進(jìn)行處理，得到前車相對后車的位置信息GPS導(dǎo)航設(shè)備(2)用于測量自主跟隨機(jī)器人(后車)當(dāng)前的位置信息隊=Da 度)；第二預(yù)處理單元00)依據(jù)全局坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系^^Os …對D2 = (D^,D^)進(jìn)L練度緯度」行坐標(biāo)映射，得到自主跟隨機(jī)器人(后車)在全局坐標(biāo)系O-XY下的位置；三軸陀螺儀(3)用于測量自主跟隨機(jī)器人(后車)當(dāng)前運動的角速度信息1)3 = (D31, D32，D33)；第三預(yù)處理單元(30)對D3 = (D31, D32，D33)依據(jù)航向角關(guān)系Δ β = D33Xts進(jìn)行處理，得到自主跟隨機(jī)器人(后車)當(dāng)前航行的角度相對前一時刻t'的角度增量Δ β，ts 表示陀螺儀的采樣時間；碼盤⑷用于測量自主跟隨機(jī)器人(后車)運動過程以脈沖序列形式輸出的距離信息 D4;第四預(yù)處理單元GO)對D4利用脈沖-距離關(guān)系A(chǔ)S=E D4XM進(jìn)行處理，得到自主跟隨機(jī)器人(后車)在采樣時間間隔Δ t = t-t'內(nèi)前進(jìn)的位移Δ S ； 攝像頭(5)用于實時采集目標(biāo)機(jī)器人(前車)前行的圖像信息PCK; 第二運動狀態(tài)檢測單元⑶第一方面依據(jù)航位推算方法坐標(biāo)系0-χγ下的當(dāng)前位置坐標(biāo)；xf表示自主跟隨機(jī)器人(后車)前一時刻的位置坐標(biāo)；L Jβ/表示自主跟隨機(jī)器人(后車)前一時刻的航向角度大?。坏诙\動狀態(tài)檢測單元(8)AV第二方面利用位移與速度的關(guān)系vF =7對AS進(jìn)行處理，得到當(dāng)前時刻自主跟隨機(jī)器人At(后車)的速度信息Vf ；然后利用速度與加速度的關(guān)系 =”i求出當(dāng)前時刻自主跟隨 Δ β和Δ S進(jìn)行處理，來更新自主機(jī)器人在全局機(jī)器人(后車)的加速度信息％ ；ν' F表示前一時刻自主跟隨機(jī)器人(后車)的速度信息； 第二運動狀態(tài)檢測單元(8)第三方面進(jìn)行位移Δ S的累積，即$ = Σ Δ S ；所述第二運動狀態(tài)檢測單元(8) —方面輸出i給第一運動狀態(tài)檢測單元(7)，另一方面輸出給局部可柔虛桿自主跟蹤系統(tǒng)(6)；第式系關(guān)換轉(zhuǎn)姿位據(jù)依先首 \1/元合一測檢 態(tài)狀 動運
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于獨立式自動跟蹤的局部可柔度虛桿轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)，其特征在于局部可柔虛桿自主跟蹤系統(tǒng)(6)包括有局部可柔度虛桿形態(tài)解析單元(61)、可柔度分析單元(62)、直桿控制單元(6 、曲桿控制單元(64)、線速度控制單元 (65)、角速度控制單元(66)和顯示輸出單元(67)；局部可柔度虛桿形態(tài)解析單元(61)對接收的仏=·
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于獨立式自動跟蹤的局部可柔度虛桿轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)，其特征在于主控制器中的中心處理器選用S3C2440芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于獨立式自動跟蹤的局部可柔度虛桿轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括有激光測距儀、GPS導(dǎo)航設(shè)備、三軸陀螺儀、碼盤、攝像頭、第一運動狀態(tài)檢測單元、第二運動狀態(tài)檢測單元和局部可柔虛桿自主跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先通過激光雷達(dá)對目標(biāo)機(jī)器人進(jìn)行檢測，得到目標(biāo)機(jī)器人相對于自主跟隨機(jī)器人的距離與位姿，利用自主跟隨機(jī)器人的自我定位信息得到目標(biāo)機(jī)器人在全局坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)，由目標(biāo)機(jī)器人當(dāng)前點以及歷史點即可通過局部可柔度虛桿模型得到目標(biāo)機(jī)器人運動的軌跡曲線，進(jìn)而獲知剛性段與柔性段的拐點。更能使自主跟隨機(jī)器人精確地復(fù)現(xiàn)目標(biāo)機(jī)器人的運動軌跡。
文檔編號G05D1/02GK102183960SQ201110117559
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者吳星明, 王建華, 王迪臻, 陳偉海 申請人:北京航空航天大學(xué)