CN107357288B - 一种用于Mecanum轮机器人双车协同运动装置和方法 - Google Patents

一种用于Mecanum轮机器人双车协同运动装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于Mecanum轮机器人双车协同运动装置和方法，该装置包括安装在主车上端面几何中心的三维位移测量装置，安装在主车和从车之间的连接杆，安装在从车上端面几何中心的固定座。三维位移测量装置由两个直线位移传感器和一个角位移传感器组成，其中X向位移传感器获取连接杆在X方向位置变化，Y向位移传感器获取连接杆在Y方向位置变化，角位移传感器获取连接杆的角度变化。当主车和从车由于运动在X、Y向和角度上产生ΔX、ΔY、Δθ偏差后，三维位移测量装置测量出偏差变化并发送给从车；从车接受ΔX、ΔY、Δθ调整机器人位置实现和主车在位置上、距离上、速度上的一致。

Description

一种用于Mecanum轮机器人双车协同运动装置和方法
技术领域
本发明属于机器人双车协同运行领域，具体来说，涉及一种用于Mecanum轮机器人双车协同运动测量装置和方法。
背景技术
Mecanum轮式全方位移动机器人在运输小型的工件和物料灵活、方便，但是对于体型超长或较重的零部件，就需要多个Mecanum轮式全方位移动机器人协调配合才能实现货物搬运，因此多Mecanum轮式全方位移动机器人编队控制在工业现场得到了广泛的应用。
多机器人编队控制是多机器人***中的一种常见协作问题，是指多个机器人在到达目标的过程中，既要保持某种队形，同时又要适应环境约束的控制技术。由于多机器人编队可以弥补单机器人在解决问题所需知识、能力、资源或信息不足的缺点，同时多机器人编队又可以增强***的快速性和可靠性，提高完成任务的质量，能够最大限度的的利用有限资源，增强***的灵活性等特点，这样的特点使多移动机器人编队控制在军事、工业、野外作业与救援、机器人足球大赛等领域有着广泛的应用。
现实生活中，有许多任务是难以由一个人单独完成的，例如：较长的杆状物体或者质量较重的块状物体通常需要两个人或者更多人共同搬运。同样，当采用Mecanum轮式全方位移动机器人代替人类完成这些较长或质量较重物体的搬运工作时，通常也需要同样数量的Mecanum轮式全方位移动机器人进行有效合作，共同搬运这些物体。多Mecanum轮式全方位移动机器人合作搬运物体的问题实际上是一个具有约束条件的多全方位移动机器人***的队形保持问题，要求参与搬运工作的每个Mecanum轮式全方位移动机器人的空间相对位置保持不变，即要求每个搬运机器人必须具有相同的运动速度和运动方向。
发明内容
技术问题：本发明提供一种通过运动调整实现从车和主车在距离、角度、位置上的一致的用于Mecanum轮机器人双车协同运动装置。本发明同时提供一种基于上述装置的Mecanum轮机器人双车协同运动方法。
技术方案：本发明的用于Mecanum轮机器人双车协同运动装置，包括安装固定在主车上端面几何中心的三维位移测量装置、安装在主车和从车之间的连接杆、安装在从车上端面几何中心的固定座，所述连接杆一端固定连接在三维位移测量装置上，连接杆另一端连接在固定座上，所述三维位移测量装置包括与主车车身宽X方向平行的X向位移传感器、与主车车身长Y方向平行的Y向直线位移传感器和位于所述X向位移传感器和Y向位移传感器相交点处的角位移传感器。
进一步，本发明装置中，所述连接杆与三维位移测量装置连接的一端，固定安装在角位移传感器上，连接杆在主车和从车的相对位置、距离上发生变化时，能够带动角位移传感器发生旋转，并且同时可带动X向位移传感器、Y向位移传感器在X、Y方向上产生位移。
进一步，本发明装置中，所述从车根据X向位移传感器、Y向位移传感器和角位移传感器获取的从车相对于主车在X向、Y向和角度上的偏差数据Δx，Δy，Δθ，调整从车的姿态，实现和主车在位置和距离上同步一致。
本发明的Mecanum轮机器人双车协同运动方法，包括以下步骤：
步骤10)连接杆一端连接到主车上的三维位移测量装置上，另一端连接到从车的固定座上，三维位移测量装置中的X向位移传感器，Y向位移传感器和角位移传感器分别获取当前的X向位移、Y向位移、和角度值作为偏差基准；
步骤20)主车接受移动命令进行移动，主车和从车在位置和距离上产生了变化，X向位移传感器、Y向位移传感器和角位移传感器分别测量出在X向位移、Y向位移、和角度上的变化，并用所述变化分别减去步骤10)测得的偏差基准，得到从车相对于主车在X向、Y向和角度上的偏差数据Δx，Δy，Δθ；
步骤30)根据所述偏差数据Δx，Δy，Δθ，通过逆运动学方程和PID算法计算从车各车轮的速度命令并发送给从车，从而调整从车的姿态，使从车车体与主车在位置和距离上保持一致。
本发明装置测量从车和主车相在X向、Y向和角度上的变化，从车根据和距离在位置和角度上的变化做运动调整实现和主车在距离、角度、位置上的一致。
有益效果：本发明与现有技术相比，由于Mecanum轮机器人可以实现全向运动，在进行从车跟随主车同步运动时由于全向运动使得从车跟随主车的位置和姿态不能确定，不能完全实现在角度、距离、位置上的一致；本发明的技术方案可以实现双车协同运动且保持在X、Y距离上和角度上的一致，通过三维位移测量装置获取从车的相对于主车在X、Y向和角度上的偏差，然后控制从车改变运动状态来实现和主车位置和运动的一致。
本发明的技术方案，通过安装在主车上的三维位移传感器，主要包括X向位移传感器、Y向直线位移传感器和角位移传感器，测量从车相对于主车在X向、Y向、角度的偏差并发送给从车，从车调整运动实现和主车的协同运动。
附图说明
图1是本发明装置和方法的原理图。
图2是本发明装置中三维位移测量装置示意图。
图3是本发明装置从车上固定座结构图。
图4是本发明的双车ΔX、ΔY、Δθ示意图。
图5是本发明的双车协同控制方法的流程图。
图中有：主车1、从车2、连接杆3、固定座4、角位移传感器5、X向位移传感器6、Y向位移传感器7。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
本发明的用于Mecanum轮机器人双车协同运动装置，包括安装固定在主车1上端面几何中心的三维位移测量装置，安装在主车1和从车2之间的连接杆3，安装在从车2上端面几何中心的固定座4，所述连接杆3一端固定连接在三维位移测量装置上，连接杆3另一端连接在固定座4上，所述三维位移测量装置包括与主车1车身宽X方向平行的X向位移传感器6、与主车1车身长Y方向平行的Y向直线位移传感器和位于所述X向位移传感器6和Y向位移传感器7相交点处的角位移传感器5。连接杆3与三维位移测量装置连接的一端，固定安装在角位移传感器5上，连接杆3在主车1和从车2的相对位置、距离上发生变化时，能够带动角位移传感器5发生旋转，并且同时可带动X向位移传感器6、Y向位移传感器7在X、Y方向上产生位移。
优选实施例中，所述从车2根据X向位移传感器6、Y向位移传感器7和角位移传感器5获取的从车2相对于主车1在X向、Y向和角度上的偏差数据Δx，Δy，Δθ，调整从车2的姿态，实现和主车1在位置和距离上同步一致。
本发明的Mecanum轮机器人双车协同运动方法，包括以下步骤：
步骤10)连接杆3一端连接到主车1上的三维位移测量装置上，另一端连接到从车2的固定座4上，三维位移测量装置中的X向位移传感器6，Y向位移传感器7位和角位移传感器5分别获取当前的X向位移、Y向位移、和角度值作为偏差基准；
步骤20)主车1接受移动命令进行移动，主车1和从车2在位置和距离上产生了变化，X向位移传感器6、Y向位移传感器7和角位移传感器5分别测量出在X向位移、Y向位移、和角度上的变化，并用所述变化分别减去步骤10)测得的偏差基准，得到从车相对于主车1在X向、Y向和角度上的偏差数据Δx，Δy，Δθ；
步骤30)根据所述偏差数据Δx，Δy，Δθ，从车2通过逆运动学方程和PID算法计算从车2各车轮的速度命令，然后调整从车2车体和主车1位置和距离保持一致。
具体实施例如下：
如图4，本发明实施例为两台中型Mecanum轮机器人车轮半径为110mm，半车长为363mm，半车宽为408mm。左侧Mecanum轮式全方位移动机器人作为主车1，右侧Mecanum轮式全方位移动机器人作为从车2，将三维位移传感器安装在主车1上端中心位置，同时取根长度为1500mm、厚度为6mm的钢板作为连接主从车的连接杆3，连接杆3的一端通过螺钉与主车1上三维位移传感器的转台连接在一起；连接杆3的另一端焊接在从车2的中心处固定座4上。在此实施例中，通过三维位移传感器测量两车之间的偏差数据Δx，Δy，Δθ，并把采集到的偏差数据通过RS232数据线传给从车2，从车2计算并控制各轮速度，实现和主车1的同步运行。
如图5，实施例中机器人双车协同运动控制具体流程为：
步骤1)在双车运动前，主车1三维位移测量装置中的X向位移传感器6，Y向位移传感器7和角位移传感器5分别获取当前的X向位移、Y向位移、和角度值作为偏差基准；
步骤2)双车模式开始，发送主车1速度命令，主车1运行，主车1上三维位移测量装置的X向位移传感器6、Y向位移传感器7和角位移传感器5分别测量出在X向位移、Y向位移、和角度上的变化值Δx，Δy，Δθ。
步骤3)通过RS232串口发送偏差数据Δx，Δy，Δθ给从车2。
步骤4)从车2根据偏差数据Δx，Δy，Δθ通过Mecanum轮全向移动逆运动学方程和PID算法计算从车2四个车轮的速度，然后控制从车2车体和主车1位置和距离保持一致。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于Mecanum轮机器人双车协同运动装置，其特征在于，该装置包括安装固定在主车(1)上端面几何中心的三维位移测量装置、安装在主车(1)和从车(2)之间的连接杆(3)、安装在从车(2)上端面几何中心的固定座(4)，所述连接杆(3)一端固定连接在三维位移测量装置上，连接杆(3)另一端连接在固定座(4)上，所述三维位移测量装置包括与主车(1)车身宽X方向平行的X向位移传感器(6)、与主车(1)车身长Y方向平行的Y向直线位移传感器和位于所述X向位移传感器(6)和Y向位移传感器(7)相交点处的角位移传感器(5)，所述连接杆(3)与三维位移测量装置连接的一端，固定安装在角位移传感器(5)上，连接杆(3)在主车(1)和从车(2)的相对位置、距离上发生变化时，能够带动角位移传感器(5)发生旋转，并且同时可带动X向位移传感器(6)、Y向位移传感器(7)在X、Y方向上产生位移，所述从车(2)根据X向位移传感器(6)、Y向位移传感器(7)和角位移传感器(5)获取的从车(2)相对于主车(1)在X向、Y向和角度上的偏差数据Δx,Δy,Δθ，调整从车(2)的姿态，实现从车(2)车体和主车(1)在位置和距离上同步一致。
2.一种Mecanum轮机器人双车协同运动方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的用于Mecanum轮机器人双车协同运动装置，包括以下步骤：
步骤10)连接杆(3)一端连接到主车(1)上的三维位移测量装置上，另一端连接到从车(2)的固定座(4)上，三维位移测量装置中的X向位移传感器(6)，Y向位移传感器(7)和角位移传感器(5)分别获取当前的X向位移、Y向位移和角度值作为偏差基准；
步骤20)主车(1)接收移动命令进行移动，主车(1)和从车(2)在位置和距离上产生了变化，X向位移传感器(6)、Y向位移传感器(7)和角位移传感器(5)分别测量出在X向位移、Y向位移和角度值上的变化，并用所述变化分别减去步骤10)测得的偏差基准，得到从车(2)相对于主车(1)在X向、Y向和角度上的偏差数据Δx,Δy,Δθ；
步骤30)根据所述偏差数据Δx,Δy,Δθ，通过逆运动学方程和PID算法计算从车(2)各车轮的速度命令并发送给从车(2)，从而调整从车(2)的姿态，使从车(2)车体与主车(1)在位置和距离上保持一致。
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