一种驱动轮和关节复合控制的机器人搬运方法及系统与流程

本发明涉及驱动轮和关节臂控制，特别是一种驱动轮和关节复合控制的机器人搬运方法及系统。

背景技术：

1、搬运机器人作为自动化运输搬运的重要工具，近年来的应用越来越广泛。使用搬运机器人能够高效率、低成本地完成客户人性化和多样化的需求，在智能仓储、智能工厂的内部物流中起到非常重要的作用。搬运机器人的行走速度作为其重要性能指标之一，但是在复杂的路况中，现有搬运机器人对于行走速度的控制无法保持在最优速度下行驶，无法根据实际路径实现灵活调节，从而影响生产工作效率。

技术实现思路

1、针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种驱动轮和关节复合控制的机器人搬运方法及系统，使驱动轮和关节能够根据路径有效调节搬运速度，提高机器人的搬运效率。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种驱动轮和关节复合控制的机器人搬运系统，包括关节臂、行走机构、第一驱动电机、第二驱动电机和信息处理设备，所述关节臂设于所述行走机构的上方，所述第一驱动电机用于驱动所述行走机构的驱动轮行驶，所述第二驱动电机用于驱动所述关节臂的关节转动；所述信息处理设备包括导航模块、视觉模块、采集模块和控制模块；

4、所述导航模块用于根据预存的路径地图生成从当前位置到目标位置的搬运路径，将所述搬运路径按预设间距单元离散化为若干个预设坐标信息；

5、所述视觉模块用于获取所述行走机构按照所述搬运路径行驶的图像信息，对所述图像信息进行判断，判断是否前方存在障碍物阻挡，若不存在障碍物阻挡，则执行所述采集模块；

6、所述采集模块用于获取所述行走机构的实时坐标信息和所述关节臂的关节转动角度θ，且所述预设坐标信息与所述实时坐标信息对应；

7、所述控制模块根据所述实时坐标信息和所述预设坐标信息，用于计算路径曲度λ和曲度变化率k，对所述第一驱动电机的转速进行调节，根据所述关节转动角度θ，对所述第二驱动电机的转速进行调节。

8、优选地，所述视觉模块安装于所述行走机构的前方，用于跟踪拍摄所述搬运路径行驶的视频信息，检测前方是否存在障碍物，若存在障碍物，发送警示提醒信号；若发送警示提醒信号后，仍存在障碍物，则重新执行所述导航模块，以绕离障碍物。

9、优选地，所述信息处理设备还包括修正模块，所述修正模块使用预设坐标信息修正算法对转向的搬运路径的当前所述实时坐标信息与对应所述预设坐标信息产生的偏差进行修正，用于所述行走机构按照所述搬运路径行驶，其中所述预设坐标信息修正算法如下：

10、l＝ρ*lmax；

11、其中，lmax为偏移最大距离，即所述实时坐标信息与对应所述预设坐标信息产生的距离偏差；ρ为调整偏移距离的系数；

12、ρ＝cld*dcur；

13、其中，cld为所述行走机构所述实时坐标信息与对应所述预设坐标信息的横向偏差，dcur为所述行走机构实际搬运路径与预设搬运路径的路径曲度之差。

14、优选地，在所述控制模块中，所述行走机构通过控制驱动轮转动，计算所述路径曲度λ的公式如下：

15、

16、其中，路径曲度λ标识所述行走机构在所述搬运路径下处于直行状态或转向状态或原地旋转状态，当前所述实时坐标信息为(a1,a2)，下一所述预设坐标信息为(b1,b2)；

17、在预设时间单元t内，计算所述曲度变化率k的公式如下：

18、

19、其中，λ1和λ2分别为所述预设时间单元t前后的预设路径曲度；

20、通过所述路径曲度λ和所述曲度变化率k，调节所述第一驱动电机的转速以控制所述驱动轮的转速。

21、优选地，在所述控制模块中，获取云端数据库中所述路径曲度λ和所述曲度变化率k对应最优速度范围值，判断当前所述行走机构的速度是否满足于所述最优速度范围值，若不满足则通过对所述第一驱动电机的转速进行调节；

22、获取云端数据库中所述关节转动角度θ对应的最优速度范围值，判断当前所述关节转动的速度是否满足于所述最优速度范围值，若不满足则通过对所述第二驱动电机的转速进行调节，

23、对所述第一驱动电机和所述第二驱动电机的转速调节步骤如下：

24、步骤s1：获取电机运行指令，根据运行指令确定电机的目标转速；

25、获取电机的当前转速和最优速度范围值所对应的目标转速，根据目标转速与当前转速判断当前是否需要进行调节，若电机需要降速，降低电流输出；但当电机需要进行提速时，则需执行步骤s2；

26、步骤s2：判断电机的当前转速是否低于转折转速；若低于，则执行步骤s3，若不低于，则执行步骤s4；

27、步骤s3：采用mtpa的电流控制方式生成相应的d轴与q轴的电流，执行步骤s5；

28、步骤s4：根据电机的运行参数、设计参数以及目标转速获取d轴的电流，根据最大电流以及d轴的电流获取q轴电流的限制值，并执行步骤s5；

29、步骤s5：将d轴电流以及q轴电流输入到控制器中，得到d轴与q轴的电压，根据d轴与q轴的电压驱动电机运行；

30、步骤s6：重复执行步骤s2～s5，直到当前转速达到目标转速。

31、优选地，对所述第一驱动电机和所述第二驱动电机的转速调节步骤s4中的运行参数包括：q轴的给定电流、q轴的反馈电流；设计参数包括：电机的额定电流、电机的额定转速；

32、获取d轴的电流的步骤如下：

33、实时获取q轴的给定电流iqref，将给定电流iqref输入到低通滤波器，得到第一参数i′qref；

34、实时获取q轴的反馈电流iq，将给定电流iq输入到低通滤波器，得到第二参数i′q；

35、获取第一参数i′qref与第二参数i′q的差值e，将差值e作为pi控制器的输入，得到电流反馈给定项d1；

36、根据额定电流in和额定转速ωn计算出弱磁电流的前馈给定项的放大系数kc；

37、获取当前弱磁的转速增量，通过所述放大系数kc对转速增量进行调节，得到电流反馈给定项d2；

38、通过反馈给定项d1和前馈给定项d2相加得到d轴的电流id。

39、优选地，电流反馈给定项d1的获取公式具体如下：

40、d1(t)＝kpe(t)+ki∫e(t)dt；

41、其中t为时间、kp与ki分别为pi控制器中的比例增益系数和积分增益系数；

42、其中获取放大系数kc的获取公式具体如下：

43、

44、获取前馈给定项d2的获取公式具体如下：

45、d2＝-|(st-sz)×kc|；其中st为目标转速，sz为转折转速。

46、优选地，q轴电流的限制值的获取公式如下：

47、

48、其中imax为最大输出电流、id为d轴的电流。

49、一种驱动轮和关节复合控制的机器人搬运方法，包括上述的一种驱动轮和关节复合控制的机器人搬运系统和搬运方法，所述搬运系统包括关节臂、行走机构、第一驱动电机、第二驱动电机和信息处理设备，所述关节臂设于所述行走机构的上方，所述第一驱动电机用于驱动所述行走机构的驱动轮行驶，所述第二驱动电机用于驱动所述关节臂的关节转动；

50、所述搬运方法包括以下步骤：

51、所述信息处理设备根据预存的路径地图生成从当前位置到目标位置的搬运路径，将所述搬运路径按预设间距单元离散化为若干个预设坐标信息；通过摄像设备获取在所述搬运路径中的图像信息，分析判断是否存在障碍物阻挡；若不存在障碍物阻挡，则获取所述行走机构的实时坐标信息和所述关节臂的关节转动角度θ，且所述预设坐标信息与所述实时坐标信息对应；所述信息处理设备计算所述实时坐标信息和所述预设坐标信息的路径曲度λ和曲度变化率k，对所述第一驱动电机的转速进行调节，根据所述关节转动角度θ，对所述第二驱动电机的转速进行调节。

52、上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

53、本发明提供的一种驱动轮和关节复合控制的机器人搬运系统，在搬运过程中无需人力操作，需先根据预存的路径地图生成从当前位置到目标位置的搬运路径，在规划的所述搬运路径下，实时获取所述行走机构前方的图像信息，控制系统基于该图像信息做出决策，如无障碍时执行所述采集模块，降低搬运事故的发生，以使所述行走机构沿着所述搬运路径稳定行驶，通过采集的所述实时坐标信息和所述预设坐标信息，计算所述搬运路径的路径曲度λ和曲度变化率k，对所述第一驱动电机的转速进行调节，以控制左右驱动轮的速度；获取所述关节转动角度θ，可以通过搬运货物的高度转化为所述关节臂的关节转动角度，所述关节转动角度θ决定了第二驱动电机的转速调节，从而对所述第二驱动电机的转速进行调节，以控制关节转动的速度，实现对搬运路径的速度控制，高效运作、稳定运行，提高了搬运和生产效率。