CN103592945A - 一种机器人顺时针运动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人顺时针运动控制方法,该方法包括以下步骤:设定并输入多个机器人运动参数;计算机器人运动的第一圆心的坐标;计算机器人运动的第二圆心的坐标;计算第一圆心指向第二圆心的单位向量;计算机器人运动的第一转换点的坐标;计算机器人运动的第二转换点的坐标;计算机器人运动的第一转角;计算机器人运动的第二转角;步骤S9:基于上述运动路径参数,对于机器人的顺时针运动进行控制。本发明结合机器人学知识,利用坐标旋转变换方法实现了对于机器人逆时针运动的控制,本发明简单而且实用。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域,具体是一种机器人顺时针运动控制方法。
背景技术
近年来,勘察、目标获取、搜索与援救、监督、环境监测等方面广泛的应用需求使移动机器人技术得到快速的发展。其中,导航技术是移动机器人研究的核心技术之一,而路径规划是导航的基本环节之一。机器人路径规划的基本思想是依据某种标准(如时间最短、能量最少、路径最短等)寻找一条从起始点到目标点的无碰撞的最优或近似最优的路径。路径规划可分为全局路径规划与局部路径规划,全局路径规划的主要算法有可视图法、栅格解耦法、概率图法、拓扑法和神经网络法;局部路径规划的主要算法有人工势场法、快速随机搜索树(RRT)和模糊逻辑算法等。
发明内容
本发明的目的是提出一种机器人顺时针运动控制方法,以进行机器人CSC路径规划,使得机器人按照规划的路线进行顺时针运动。
本发明提出的一种机器人顺时针运动控制方法包括以下步骤:
步骤S1:设定并输入多个机器人运动参数,所述运动参数至少包括:机器人运动初始点S坐标(xs,ys),机器人在初始点S处的初始方向单位向量Ps(pxs,pys),机器人运动目标点G坐标(xg,yg),机器人在目标点G处的目标方向单位向量Pg(pxg,pyg),以及机器人容许的转弯半径R;
步骤S2:基于初始点S、初始方向单位向量Ps和转弯半径R计算得到机器人从初始点S沿初始方向单位向量Ps以转弯半径R做顺时针绕第一圆心Os运动的第一圆心Os的坐标(xos,yos);
步骤S3:基于目标点G、目标方向单位向量Pg和转弯半径R计算得到机器人以转弯半径R沿顺时针方向绕第二圆心Og运动以到达目标点G和目标方向单位向量Pg的第二圆心Og的坐标(xog,yog);
步骤S4:基于第一圆心Os和第二圆心Og的坐标计算得到由第一圆心Os指向第二圆心Og的单位向量Q(qx,qy);
步骤S5:基于所述单位向量Q、转弯半径R和第一圆心Os计算得到机器人从绕第一圆心Os顺时针运动转为沿单位向量Q方向作直线运动的第一转换点Ws的坐标(xws,yws);
步骤S6:基于所述单位向量Q、转弯半径R和第二圆心Og计算得到机器人从沿单位向量Q方向直线运动转为绕第二圆心Og顺时针运动的第二转换点Wg的坐标(xwg,ywg);
步骤S7:基于第一圆心Os、初始点S、第一转换点Ws计算得到机器人从初始点S顺时针绕第一圆心Os运动到第一转换点Ws转过的第一转角αs;
步骤S8:基于第二圆心Og、目标点G、第二转换点Wg计算得到机器人从第二转换点Wg沿顺时针绕第二圆心Og运动到目标点G转过的第二转角βg;
步骤S9:基于所述步骤S2-S8计算得到的运动路径参数,对于机器人的顺时针运动进行控制,其中,所述机器人的顺时针运动路径具体为:由初始点S以转弯半径R绕第一圆心Os顺时针运动转过第一转角αs到达第一转换点Ws,由第一转换点Ws沿单位向量Q方向直线运动到第二转换点Wg,由第二转换点Wg以转弯半径R绕第二圆心Og顺时针运动转过第二转角βg即到达目标点G。
本发明结合机器人学,提出了一种机器人顺时针运动控制方法,其具体通过坐标旋转变换的方法来实现,简单而且实用。
附图说明
图1是本发明机器人顺时针运动控制方法的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
图1是本发明机器人顺时针运动控制方法的示意图,如图1所示,本发明提出的一种机器人顺时针运动控制方法包括以下几个步骤:
步骤S1:设定并输入多个机器人运动参数,所述运动参数至少包括:机器人运动初始点S坐标(xs,ys),机器人在初始点S处的初始方向单位向量Ps(pxs,pys),机器人运动目标点G坐标(xg,yg),机器人在目标点G处的目标方向单位向量Pg(pxg,pyg),以及机器人容许的转弯半径R;
步骤S2:基于初始点S、初始方向单位向量Ps和转弯半径R计算得到机器人从初始点S沿初始方向单位向量Ps以转弯半径R做顺时针绕第一圆心Os运动的第一圆心Os的坐标(xos,yos);
该步骤具体为:先将初始方向单位向量Ps顺时针旋转90度,然后与转弯半径R相乘,再将相乘结果与初始点S坐标相加即得第一圆心Os的坐标。
步骤S3:基于目标点G、目标方向单位向量Pg和转弯半径R计算得到机器人以转弯半径R沿顺时针方向绕第二圆心Og运动以到达目标点G和目标方向单位向量Pg的第二圆心Og的坐标(xog,yog);
该步骤具体为:先将目标方向单位向量Pg顺时针旋转90度,然后与转弯半径R相乘,再将相乘结果与目标点G坐标相加即得第二圆心Og的坐标。
步骤S4:基于第一圆心Os和第二圆心Og的坐标计算得到由第一圆心Os指向第二圆心Og的单位向量Q(qx,qy);
该步骤具体为:用第二圆心Og的坐标减去第一圆心Os的坐标,再将相减结果除以第一圆心Os和第二圆心Og两点间的长度值即得单位向量Q。
步骤S5:基于所述单位向量Q、转弯半径R和第一圆心Os计算得到机器人从绕第一圆心Os顺时针运动转为沿单位向量Q方向作直线运动的第一转换点Ws的坐标(xws,yws);
该步骤具体为:先将单位向量Q逆时针旋转90度,然后与转弯半径R相乘,再将相乘结果与第一圆心Os坐标相加即得第一转换点Ws的坐标。
步骤S6:基于所述单位向量Q、转弯半径R和第二圆心Og计算得到机器人从沿单位向量Q方向直线运动转为绕第二圆心Og顺时针运动的第二转换点Wg的坐标(xwg,ywg);
该步骤具体为:先将单位向量Q逆时针旋转90度,然后与转弯半径R相乘,再将相乘结果与第二圆心Og坐标相加即得第二转换点Wg的坐标。
步骤S7:基于第一圆心Os、初始点S、第一转换点Ws计算得到机器人从初始点S顺时针绕第一圆心Os运动到第一转换点Ws转过的第一转角αs;
所述步骤S7进一步包括以下步骤:
步骤S71:计算第一圆心Os指向初始点S的第一向量MS:由初始点S的坐标减第一圆心Os的坐标即可得第一向量MS;
步骤S72:计算第一圆心Os指向第一转换点Ws的第二向量NS:由第一转换点Ws的坐标减第一圆心Os的坐标即可得第二向量NS;
步骤S73:用反余弦求取第一向量MS和第二向量NS之间的夹角α;
步骤S74:判断从初始点S顺时针绕第一圆心Os到达第一转换点Ws转过的第一转角αs是否大于180度,如果αs小于等于180度,则令αs等于α,否则令αs等于2π-α;
所述步骤S74具体为:
当pys=0且xws≤0时,αs=2π-α;当pys=0且xws>0时,αs=α。
步骤S8:基于第二圆心Og、目标点G、第二转换点Wg计算得到机器人从第二转换点Wg沿顺时针绕第二圆心Og运动到目标点G转过的第二转角βg;
所述步骤S8进一步包括以下步骤:
步骤S81:计算第二圆心Og指向目标点G的第三向量MG,由目标点G的坐标减第二圆心Og的坐标即可得到第三向量MG;
步骤S82:计算第二圆心Og指向第二转换点Wg的第四向量NG:由第二转换点Wg的坐标减第二圆心Og的坐标即可得到第四向量NG;
步骤S83:用反余弦求取第三向量MG和第四向量NG之间的夹角β;
步骤S84:判断从第二转换点Wg顺时针绕第二圆心Og运动到目标点G转过的第二转角βg是否大于180度,如果βg小于等于180度,则令βg等于β,否则令βg等于2π-β。
所述步骤S84具体为:
当Pyg=0且xwg≤0时,βg=β;当Pyg=0且xwg>0时,βg=2π-β。
步骤S9:基于所述步骤S2-S8计算得到的运动路径参数,对于机器人的顺时针运动进行控制,其中,所述顺时针运动路径参数包括:第一圆心Os坐标(xos,yos),第一转换点Ws坐标(xws,yws),从初始点S顺时针绕第一圆心Os运动到第一转换点Ws转过的第一转角αs,单位向量Q(qx,qy),第二圆心Og坐标(xog,yog),以及第二转换点Wg坐标(xwg,ywg),从第二转换点Wg沿顺时针绕第二圆心Og运动到目标点G转过的第二转角βg。所述机器人的顺时针运动路径具体为:由初始点S以转弯半径R绕第一圆心Os顺时针运动转过第一转角αs到达第一转换点Ws,由第一转换点Ws沿单位向量Q方向直线运动到第二转换点Wg,由第二转换点Wg以转弯半径R绕第二圆心Og顺时针运动转过第二转角βg即到达目标点G。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种机器人顺时针运动控制方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤S1:设定并输入多个机器人运动参数,所述运动参数至少包括:机器人运动初始点S坐标(xs,ys),机器人在初始点S处的初始方向单位向量Ps(pxs,pys),机器人运动目标点G坐标(xg,yg),机器人在目标点G处的目标方向单位向量Pg(pxg,pyg),以及机器人容许的转弯半径R;
步骤S2:基于初始点S、初始方向单位向量Ps和转弯半径R计算得到机器人从初始点S沿初始方向单位向量Ps以转弯半径R做顺时针绕第一圆心Os运动的第一圆心Os的坐标(xos,yos);
步骤S3:基于目标点G、目标方向单位向量Pg和转弯半径R计算得到机器人以转弯半径R沿顺时针方向绕第二圆心Og运动以到达目标点G和目标方向单位向量Pg的第二圆心Og的坐标(xog,yog);
步骤S4:基于第一圆心Os和第二圆心Og的坐标计算得到由第一圆心Os指向第二圆心Og的单位向量Q(qx,qy);
步骤S5:基于所述单位向量Q、转弯半径R和第一圆心Os计算得到机器人从绕第一圆心Os顺时针运动转为沿单位向量Q方向作直线运动的第一转换点Ws的坐标(xws,yws);
步骤S6:基于所述单位向量Q、转弯半径R和第二圆心Og计算得到机器人从沿单位向量Q方向直线运动转为绕第二圆心Og顺时针运动的第二转换点Wg的坐标(xwg,ywg);
步骤S7:基于第一圆心Os、初始点S、第一转换点Ws计算得到机器人从初始点S顺时针绕第一圆心Os运动到第一转换点Ws转过的第一转角αs;
步骤S8:基于第二圆心Og、目标点G、第二转换点Wg计算得到机器人从第二转换点Wg沿顺时针绕第二圆心Og运动到目标点G转过的第二转角βg;
步骤S9:基于所述步骤S2-S8计算得到的运动路径参数,对于机器人的顺时针运动进行控制,其中,所述机器人的顺时针运动路径具体为:由初始点S以转弯半径R绕第一圆心Os顺时针运动转过第一转角αs到达第一转换点Ws,由第一转换点Ws沿单位向量Q方向直线运动到第二转换点Wg,由第二转换点Wg以转弯半径R绕第二圆心Og顺时针运动转过第二转角βg即到达目标点G。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S2具体为:先将初始方向单位向量Ps顺时针旋转90度,然后与转弯半径R相乘,再将相乘结果与初始点S坐标相加即得第一圆心Os的坐标。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S3具体为:先将目标方向单位向量Pg顺时针旋转90度,然后与转弯半径R相乘,再将相乘结果与目标点G坐标相加即得第二圆心Og的坐标。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S4具体为:用第二圆心Og的坐标减去第一圆心Os的坐标,再将相减结果除以第一圆心Os和第二圆心Og两点间的长度值即得单位向量Q。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S5具体为:先将单位向量Q逆时针旋转90度,然后与转弯半径R相乘,再将相乘结果与第一圆心Os坐标相加即得第一转换点Ws的坐标。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S6具体为:先将单位向量Q逆时针旋转90度,然后与转弯半径R相乘,再将相乘结果与第二圆心Og坐标相加即得第二转换点Wg的坐标。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S7进一步包括以下步骤:
步骤S71:计算第一圆心Os指向初始点S的第一向量MS;
步骤S72:计算第一圆心Os指向第一转换点Ws的第二向量NS;
步骤S73:用反余弦求取第一向量MS和第二向量NS之间的夹角α;
步骤S74:判断从初始点S顺时针绕第一圆心Os到达第一转换点Ws转过的第一转角αs是否大于180度,如果αs小于等于180度,则令αs等于α,否则令αs等于2π-α。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S8进一步包括以下步骤:
步骤S81:计算第二圆心Og指向目标点G的第三向量MG;
步骤S82:计算第二圆心Og指向第二转换点Wg的第四向量NG;
步骤S83:用反余弦求取第三向量MG和第四向量NG之间的夹角β;
步骤S84:判断从第二转换点Wg顺时针绕第二圆心Og运动到目标点G转过的第二转角βg是否大于180度,如果βg小于等于180度,则令βg等于β,否则令βg等于2π-β。
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