CN116812477B - 轨道式转运机器人的控制方法、装置及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人转运技术领域，具体公开了一种轨道式转运机器人的控制方法、装置及***，包括：分别获取转运机器人的实时位置和每个驱动轮的载重分布信息；根据每个驱动轮的载重分布信息构建每个驱动轮的最大驱动力约束，并根据每个驱动轮的最大驱动力约束构建转运机器人总驱动力约束；根据转运机器人总驱动力约束和所述转运机器人的实时位置控制转运机器人的对接；根据所述转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值并结合每个驱动轮的最大驱动力约束构建每个驱动轮的驱动力分配策略；根据每个驱动轮的驱动力分配策略生成驱动信号。本发明提供的轨道式转运机器人的控制方法提升了转运机器人与目标轨道的对接精度。

Description

轨道式转运机器人的控制方法、装置及***

技术领域

本发明涉及机器人转运技术领域，尤其涉及一种轨道式转运机器人的控制方法、轨道式转运机器人的控制装置及轨道式转运机器人的控制***。

背景技术

高铁、地铁等轨道交通车辆车身、大型风力发电机叶片等大型工件的自动化、少人化、标准化生产与加工，对提升大型工件加工效率与工件质量至关重要。其中，不同工序之间的高效转运一直是大型工件加工的难点。当前，已有轨道式转运机器人技术实现大型工件的转运，取得良好应用效果。然而，仍存在人工比重大、作业环境恶劣、效率提升有限等问题，存在较多瓶颈，亟需开展大型轨道式转运机器人的智能化改造。

轨道式转运机器人实现大型工件在不同工位的转运过程中，涉及到机器人在轨道上的行驶、轨道对接等关键流程。这些流程的智能化改造，可显著减少人工比重，降低人工成本，并提高转运效率。

而现有的智能化改造后的轨道式转运机器人控制方式一般为人工遥控控制，机器人接收人工的遥控信号，控制转运机器人的承载轮在外部轨道上移动。在机器人台面轨道与目标轨道对接过程中，人工通过肉眼进行对齐判断，经过反复通过遥控器调节机器人位置，达到轨道对接精度。人工遥控控制方式，仅需对承载轮进行遥控改造，改造成本低，承载轮遥控模式为开环控制，控制方式简单易实现。

但是由于人工遥控为开环控制，控制精度差，在轨道对接阶段需进行多次反复校准，车身转运效率低。由于不同的转运工件重量变化较大，放置在迁移台的位置易造成负载不均匀，影响不同位置的承载轮的控制效果；同时大型转运装置存在执行器时滞较大的问题，对迁移台的精准停车造成难题。

因此，如何能够提升轨道式转运机器人的控制精度成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种轨道式转运机器人的控制方法、轨道式转运机器人的控制装置及轨道式转运机器人的控制***，解决相关技术中存在的控制精度低的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种轨道式转运机器人的控制方法，其中，应用于转运机器人，所述转运机器人包括迁移台和位于迁移台下表面的多个驱动轮装置，每个驱动轮装置均包括驱动轮和与之对应的驱动机构，所述轨道式转运机器人的控制方法包括：

分别获取转运机器人的实时位置和每个驱动轮的载重分布信息；

根据每个驱动轮的载重分布信息构建每个驱动轮的最大驱动力约束，并根据每个驱动轮的最大驱动力约束构建转运机器人总驱动力约束；

根据转运机器人总驱动力约束和所述转运机器人的实时位置控制转运机器人的对接；

根据所述转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值并结合每个驱动轮的最大驱动力约束构建每个驱动轮的驱动力分配策略；

根据每个驱动轮的驱动力分配策略生成驱动信号，以使得每个驱动轮的驱动机构根据所述驱动信号驱动对应的驱动轮的运动。

进一步地，根据每个驱动轮的驱动力分配策略生成驱动信号，包括：

根据每个驱动轮的驱动力分配策略构建横摆力矩约束策略；

根据横摆力矩约束策略确定每个驱动轮的期望驱动力矩；

根据每个驱动轮的期望驱动力矩生成每个驱动轮的驱动信号。

进一步地，根据每个驱动轮的驱动力分配策略构建横摆力矩约束策略，包括：

根据每个驱动轮的分配驱动力计算转运机器人的横摆力矩；

判断转运机器人的横摆力矩是否超过预设横摆力矩约束；

若转运机器人的横摆力矩超过预设横摆力矩约束，则根据驱动力整定规则确定驱动力的驱动力调整方式，

其中所述驱动力整定规则包括：

若上侧和下侧产生的横摆力矩方向相反，则减小所有驱动轮中最大的一个驱动轮的驱动力；

若上侧和下侧产生的横摆力矩方向相同，则分别减小上下两侧驱动力最大的一个驱动轮的驱动力；

其中，以转运机器人靠近转运机器人前进方向的一侧为上侧，背离前进方向的一侧为下侧。

进一步地，根据每个驱动轮的驱动力分配策略生成驱动信号，还包括：

根据横摆力矩约束策略构建执行器时滞补偿策略，其中所述执行器时滞补偿策略包括在转运机器人的匀加速阶段对每个驱动轮的时滞进行估计获得时滞估计信息，并在转运机器人的匀减速阶段根据所述时滞估计信息对执行器时滞进行补偿；

根据所述执行器时滞补偿策略生成每个驱动轮的驱动信号。

进一步地，根据每个驱动轮的载重分布信息构建每个驱动轮的最大驱动力约束，并根据每个驱动轮的最大驱动力约束构建转运机器人总驱动力约束，包括：

根据每个驱动轮的载重分布信息计算每个驱动轮的最大驱动力，其中，每个驱动轮的最大驱动力计算公式为：

，

其中，i表示驱动轮序号；表示第i个驱动轮的最大驱动力；/>表示第i个驱动轮的承载质量；g表示重力常数；/>表示摩擦系数；

根据每个驱动轮的最大驱动力以及该驱动力所对应的驱动机构的最大输出驱动力确定每个驱动轮的最大驱动力约束和转运机器人总驱动力约束，

，

其中，为第i个驱动轮的最大驱动力约束，/>为第i个驱动轮的最大驱动力；/>表示驱机构的最大输出驱动力；/>表示转运机器人总驱动力约束；n表示驱动轮的个数。

进一步地，根据转运机器人总驱动力约束和所述转运机器人的实时位置控制转运机器人的对接，包括：

根据转运机器人总驱动力约束确定转运机器人的期望位置，其中所述转运机器人的期望位置的表达式为：

，

其中，，i表示驱动轮序号；/>表示转运机器人的加速度，且设置匀减速与匀加速阶段的加速度大小相同；/>表示转运机器人总驱动力约束；/>表示第i个驱动轮承载质量；/>表示转运机器人的期望位置，t表示时间；/>表示转运机器人匀加速阶段结束的时间点；/>表示转运机器人匀减速阶段开始的时间点；

根据转运机器人的期望位置确定转运机器人的移动路径；

当转运机器人根据移动路径移动至目标对接位置时，判断转运机器人的实时位置与目标对接位置之间的差值是否满足对接完成条件，所述对接完成条件的表达式为：

，

其中，表示目标对接位置；/>为转运机器人的实时位置；/>表示对接精度；

若满足对接完成条件，则确定转运机器人完成对接。

进一步地，根据所述转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值并结合每个驱动轮的最大驱动力约束构建每个驱动轮的驱动力分配策略，包括：

根据转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值确定位置闭环控制增量式PID控制律，其中位置闭环控制增量式PID控制律的表达式为：

，

其中，，k表示时刻序号；/>表示k时刻转运机器人总驱动力的增量；/>表示比例系数；/>表示积分系数；/>表示微分系数；/>表示转运机器人的位置误差；/>表示转运机器人的期望位置；/>表示转运机器人的实时位置；/>表示k时刻转运机器人的位置误差；/>表示k时刻转运机器人总驱动力；/>表示k-1时刻转运机器人总驱动力；

根据位置闭环控制增量式PID控制律和每个驱动轮的最大驱动力约束对转运机器人总驱动力进行分配，获取每个驱动轮各自对应的驱动力。

进一步地，根据位置闭环控制增量式PID控制律和每个驱动轮的最大驱动力约束对转运机器人总驱动力进行分配，包括：

根据转运机器人总驱动力计算每个驱动轮的平均驱动力，其中，平均驱动力的计算公式为：

，

其中，表示平均驱动力；/>表示转运机器人总驱动力；n表示驱动轮个数；

将每个驱动轮的最大驱动力约束与平均驱动力进行比较，以判断是否存在平均驱动力超过至少一个驱动轮的最大驱动力约束的情况；

若存在，则将该至少一个驱动轮的驱动力设置为驱动轮最大驱动力，且将转运机器人总驱动力中剩余未分配的驱动力按照预设分配规则分配至剩余的驱动轮，所述剩余的驱动轮包括最大驱动力约束未被平均驱动力超过的驱动轮；

若不存在，则将转运机器人总驱动力按照预设分配规则分配至所有驱动轮。

作为本发明的另一个方面，提供一种轨道式转运机器人的控制装置，用于实现前文所述的轨道式转运机器人的控制方法，其中，包括：

获取模块，用于分别获取转运机器人的实时位置和每个驱动轮的载重分布信息；

第一构建模块，用于根据每个驱动轮的载重分布信息构建每个驱动轮的最大驱动力约束，并根据每个驱动轮的最大驱动力约束构建转运机器人总驱动力约束；

控制模块，用于根据转运机器人总驱动力约束和所述转运机器人的实时位置控制转运机器人的对接；

第二构建模块，用于根据所述转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值并结合每个驱动轮的最大驱动力约束构建每个驱动轮的驱动力分配策略；

生成模块，用于根据每个驱动轮的驱动力分配策略生成驱动信号，以使得每个驱动轮的驱动机构根据所述驱动信号驱动对应的驱动轮的运动。

作为本发明的另一个方面，提供一种轨道式转运机器人的控制***，其中，包括：转运机器人、位置采集装置、载重信息采集装置和前文所述的轨道式转运机器人的控制装置，所述转运机器人包括迁移台和位于迁移台下表面的多个驱动轮装置，每个驱动轮装置均包括驱动轮和与之对应的驱动机构，所述位置采集装置安装在迁移台上，每个驱动轮上均安装一个所述载重信息采集装置，所述位置采集装置、载重信息采集装置和驱动轮装置均与所述轨道式转运机器人的控制装置通信连接；

所述位置采集装置能够实时采集转运机器人的实时位置；

所述载重信息采集装置能够采集每个驱动轮的载重分布信息；

所述轨道式转运机器人的控制装置能够根据每个驱动轮的载重分布信息以及转运机器人的实时位置确定驱动机构的驱动信号；

所述驱动机构能够根据驱动信号驱动每个驱动轮的运动以带动迁移台移动至目标对接位置完成对接，其中所述迁移台用于承载待转运工件。

本发明提供的轨道式转运机器人的控制方法，能够根据每个驱动轮的载重分布信息构建每个驱动轮的最大驱动力约束，以便于根据每个驱动轮的最大驱动力约束构建转运机器人总驱动力约束，进而根据转运机器人总驱动力约束和转运机器人的实时位置控制转运机器人的台面轨道与目标轨道的对接，为了提升对接精度，还根据转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值并结合每个驱动轮的最大驱动力约束构建每个驱动轮的驱动力分配策略，以便于根据该驱动力分配策略生成每个驱动轮的驱动信号，从而能够使得每个驱动轮的驱动机构根据驱动型驱动对应的驱动力运动至满足精度的对接位置完成对接。因此，本发明实施例提供的轨道式转运机器人的控制方法，能够通过获取各轮端的载重信息，根据各轮的载重分布设计驱动力分配策略，补偿由载重分布不均造成的各轮控制效果的差异，提升转运机器人的台面轨道和目标轨道的对接精度。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提供的轨道式转运机器人的控制***结构框图。

图2为本发明提供的转运机器人的结构图。

图3为本发明提供的转运机器人轨道对接示意图。

图4为本发明提供的转运机器人轨道对接控制流程图。

图5为本发明提供的轨道式转运机器人的控制装置的结构框图。

图6为本发明提供的轨道式转运机器人的控制方法的流程图。

图7为本发明提供的位置规划示意图。

图8为本发明提供的横摆力矩分解示意图。

图9为本发明提供的执行器时滞补偿策略示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

由于人工遥控为开环控制，控制精度差，在轨道对接阶段需进行多次反复校准，车身转运效率低。由于不同的转运工件重量变化较大，放置在迁移台的位置易造成负载不均匀，影响不同位置的承载轮的控制效果；同时大型转运装置存在执行器时滞较大的问题，对迁移台的精准停车造成难题。

基于此，在本实施例中提供了一种轨道式转运机器人的控制***，如图1和图2所示，包括：转运机器人100、位置采集装置200、载重信息采集装置300和下文所描述的轨道式转运机器人的控制装置400，所述转运机器人100包括迁移台1和位于迁移台1下表面的多个驱动轮装置4，每个驱动轮装置均包括驱动轮41和与之对应的驱动机构，所述位置采集装置200安装在迁移台1上，每个驱动轮41上均安装一个所述载重信息采集装置300，所述位置采集装置200、载重信息采集装置300和驱动轮装置4均与所述轨道式转运机器人的控制装置400通信连接；

所述位置采集装置200能够实时采集转运机器人100的实时位置；

所述载重信息采集装置300能够采集每个驱动轮的载重分布信息；

所述轨道式转运机器人的控制装置400能够根据每个驱动轮的载重分布信息以及转运机器人100的实时位置确定驱动机构的驱动信号；

所述驱动机构能够根据驱动信号驱动每个驱动轮的运动以带动迁移台移动至目标对接位置完成对接，其中所述迁移台用于承载待转运工件。

应当理解的是，在本发明实施例中，通过位置采集装置200获取转运机器人的实时位置，每个驱动轮上的载重信息采集装置300采集每个驱动轮的载重分布信息，因此，轨道式转运机器人的控制装置400能够根据位置信息和载重分布信息确定每个驱动轮的驱动力，而每个驱动轮装置4还能够向轨道式转运机器人的控制装置400反馈当前驱动轮的状态，进而能够形成对驱动轮的闭环控制。因此，本发明实施例的这种轨道式转运机器人的控制***，能够根据每个驱动轮上的载重分布进行不同的驱动力控制，消除了由于载重分布不均匀造成的各个驱动轮的控制差异，从而提升了转运机器人与轨道对接的对接精度。

在本发明实施例中，位置采集装置200具体可以包括激光雷达，通过激光雷达扫描时获取到的激光雷达扫描结果发送至轨道式转运机器人的控制装置400，轨道式转运机器人的控制装置400能够根据激光雷达扫描结果进行位置计算，获得转运机器人的实时位置。

当然，位置采集装置200还可以采用视觉标定方式实现，通过结合视觉采集的图像进行标定，获得转运机器人的实时位置。

关于位置采集装置200的实现形式，本发明实施例并不做限定，可以根据需要进行选择。

另外，本发明实施例提供的轨道式转运机器人的控制装置400具体可以采用单片机实现，当然还可以采用工控机实现，具体实现形式本发明实施例并不做限定。

在本发明实施例中，位置采集装置200以包括激光雷达为例，驱动机构以驱动电机为例，载重信息采集装置300具体以载重传感器为例。如图2和图3所示，转运机器人100包括迁移台1及其上表面的台面轨道2、控制柜9、支撑柱7及安装在柱体上的激光雷达6，迁移台1下表面安装的驱动轮装置4，驱动轮装置包括驱动轮及驱动机构，本发明实施例中，驱动机构具体为驱动电机，每个驱动轮上方安装有载重传感器，工控机10放置在控制柜9中，所述工控机10包括所述轨道式转运机器人的控制装置400，转运机器人在外部轨道8上行驶。

在本发明实施例中，转运机器人在转运工件时，迁移台1沿着外部轨道8做一维方向的运动，迁移台1移动到目标轨道11附近，通过将迁移台1上的台面轨道2与目标轨道11对接，将工件由台面轨道2转移至目标轨道11。通过轨道式转运机器人的控制装置400根据激光雷达扫描结果计算得到转运机器人的位置信息，并根据每个驱动轮上的载重传感器获得每个驱动轮的载重分布信息，从而能够确定每个驱动轮的驱动力，然后再根据每个驱动轮所连接的驱动电机实时反馈驱动轮的状态实现对驱动轮的闭环控制，最终能够实现对驱动轮的运行实现精准控制，在此基础上实现转运机器人的台面轨道2与目标轨道11的精准对接。

需要说明的是，轨道式转运机器人的控制装置400在控制台面轨道2与目标轨道11精准对接时，为了界面由于转运机器人负载不均产生驱动轮相对滑转以及执行器的大时滞影响控制性能的问题，如图4所示，根据载重传感器获得各驱动轮载重分布信息，得到各驱动轮最大驱动力约束和机器人最大总驱动力约束。根据机器人最大总驱动力约束进行机器人位置规划，根据定位模块的机器人位置信息，进行位置闭环PID控制与对接完成判断。设计驱动力分配策略，根据各驱动轮最大驱动力约束对PID计算出的各驱动轮驱动力进行重新分配，对分配后的驱动力做机器人横摆力矩约束，然后对执行器时滞进行补偿，最后发送控制命令给驱动电机。

作为本发明的另一实施例，提供一种轨道式转运机器人的控制装置400，应用于前文所述的轨道式转运机器人的控制***，用于实现轨道式转运机器人的控制方法，如图5所示，包括：

获取模块410，用于分别获取转运机器人的实时位置和每个驱动轮的载重分布信息；

第一构建模块420，用于根据每个驱动轮的载重分布信息构建每个驱动轮的最大驱动力约束，并根据每个驱动轮的最大驱动力约束构建转运机器人总驱动力约束；

控制模块430，用于根据转运机器人总驱动力约束和所述转运机器人的实时位置控制转运机器人的对接；

第二构建模块440，用于根据所述转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值并结合每个驱动轮的最大驱动力约束构建每个驱动轮的驱动力分配策略；

生成模块450，用于根据每个驱动轮的驱动力分配策略生成驱动信号，以使得每个驱动轮的驱动机构根据所述驱动信号驱动对应的驱动轮的运动。

在本发明实施例中，应当理解的是，获取模块410通过获取转运机器人的实时位置和每个驱动轮的载重分布信息后，第一构建模块420依据每个驱动轮的载重分布信息构建每个驱动轮的最大驱动力约束，以便于根据每个驱动轮的最大驱动力约束构建转运机器人总驱动力约束，控制模块430能够根据转运机器人总驱动力约束和转运机器人的实时位置控制转运机器人的台面轨道与目标轨道的对接，为了提升对接精度，第二构建模块440能够根据转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值并结合每个驱动轮的最大驱动力约束构建每个驱动轮的驱动力分配策略，以便于根据该驱动力分配策略生成每个驱动轮的驱动信号，从而能够使得每个驱动轮的驱动机构根据驱动型驱动对应的驱动力运动至满足精度的对接位置完成对接。

因此，本发明实施例提供的轨道式转运机器人的控制装置，能够通过获取各轮端的载重信息，根据各轮的载重分布设计驱动力分配策略，补偿由载重分布不均造成的各轮控制效果的差异，提升转运机器人的台面轨道和目标轨道的对接精度。

下面结合桂大道式转运机器人的控制方法对本发明实施例的转运机器人的控制装置的具体过程进行详细描述。

作为本发明的另一实施例，提供一种轨道式转运机器人的控制方法，其中，应用于转运机器人，所述转运机器人包括迁移台和位于迁移台下表面的多个驱动轮装置，每个驱动轮装置均包括驱动轮和与之对应的驱动机构，如图6所示，所述轨道式转运机器人的控制方法包括：

S100、分别获取转运机器人的实时位置和每个驱动轮的载重分布信息；

在本发明实施例中，如前文所述，可以通过在转运机器人上安装激光雷达实现扫描，根据扫描结果对实时位置进行计算获得转运机器人的实时位置，具体根据激光雷达扫描结果计算实时位置的过程为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。另外，通过每个驱动轮上安装载重传感器，获得每个驱动轮的载重分布信息。

S200、根据每个驱动轮的载重分布信息构建每个驱动轮的最大驱动力约束，并根据每个驱动轮的最大驱动力约束构建转运机器人总驱动力约束；

在本发明实施例中，通过每个驱动轮的载重分布信息能够获得每个驱动轮的最大驱动力，进而能够获得每个驱动轮的最大驱动力约束，通过构建该最大驱动力约束，以便于后续进行驱动力分配策略时使得每个驱动轮所分配的驱动力均满足该最大驱动力约束的要求，从而既能保证每个驱动轮的正常运行又能够消除由于载重分布不均匀造成的各驱动轮的控制差异。

S300、根据转运机器人总驱动力约束和所述转运机器人的实时位置控制转运机器人的对接；

在本发明实施例中，根据上述转运机器人总驱动力约束和实时位置对转运机器人的运行位置进行闭环控制，从而能够保证转运机器人的精准对接。

S400、根据所述转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值并结合每个驱动轮的最大驱动力约束构建每个驱动轮的驱动力分配策略；

在进行闭环控制时，通过闭环控制的反馈结果对每个驱动轮的驱动力进行分配以构建驱动力分配策略，从而能够使得每个驱动轮均获得当下最适配的驱动力，以满足最终精准对接的需求。

S500、根据每个驱动轮的驱动力分配策略生成驱动信号，以使得每个驱动轮的驱动机构根据所述驱动信号驱动对应的驱动轮的运动。

当根据上述驱动力分配策略生成驱动信号后，即可使得每个驱动轮的驱动机构根据该驱动信号驱动所对应的驱动轮的运动，从而完成精准对接。

综上，本发明实施例提供的轨道式转运机器人的控制方法，能够根据每个驱动轮的载重分布信息构建每个驱动轮的最大驱动力约束，以便于根据每个驱动轮的最大驱动力约束构建转运机器人总驱动力约束，进而根据转运机器人总驱动力约束和转运机器人的实时位置控制转运机器人的台面轨道与目标轨道的对接，为了提升对接精度，还根据转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值并结合每个驱动轮的最大驱动力约束构建每个驱动轮的驱动力分配策略，以便于根据该驱动力分配策略生成每个驱动轮的驱动信号，从而能够使得每个驱动轮的驱动机构根据驱动型驱动对应的驱动力运动至满足精度的对接位置完成对接。因此，本发明实施例提供的轨道式转运机器人的控制方法，能够通过获取各轮端的载重信息，根据各轮的载重分布设计驱动力分配策略，补偿由载重分布不均造成的各轮控制效果的差异，提升转运机器人的台面轨道和目标轨道的对接精度。

在本发明实施例中，根据每个驱动轮的载重分布信息构建每个驱动轮的最大驱动力约束，并根据每个驱动轮的最大驱动力约束构建转运机器人总驱动力约束，包括：

根据每个驱动轮的载重分布信息计算每个驱动轮的最大驱动力，其中，每个驱动轮的最大驱动力计算公式为：

，

其中，i表示驱动轮序号；表示第i个驱动轮的最大驱动力；/>表示第i个驱动轮的承载质量；g表示重力常数；/>表示摩擦系数；

根据每个驱动轮的最大驱动力以及该驱动力所对应的驱动机构的最大输出驱动力确定每个驱动轮的最大驱动力约束和转运机器人总驱动力约束，

，

其中，为第i个驱动轮的最大驱动力约束，/>为第i个驱动轮的最大驱动力；/>表示驱机构的最大输出驱动力；/>表示转运机器人总驱动力约束；n表示驱动轮的个数。

作为本发明的一种具体实施方式，根据转运机器人总驱动力约束和所述转运机器人的实时位置控制转运机器人的对接，包括：

根据转运机器人总驱动力约束确定转运机器人的期望位置，其中所述转运机器人的期望位置的表达式为：

，

其中，，i表示驱动轮序号；/>表示转运机器人的加速度，且设置匀减速与匀加速阶段的加速度大小相同；/>表示转运机器人总驱动力约束；/>表示第i个驱动轮承载质量；/>表示转运机器人的期望位置，t表示时间；/>表示转运机器人匀加速阶段结束的时间点；/>表示转运机器人匀减速阶段开始的时间点；

根据转运机器人的期望位置确定转运机器人的移动路径；

当转运机器人根据移动路径移动至目标对接位置时，判断转运机器人的实时位置与目标对接位置之间的差值是否满足对接完成条件，所述对接完成条件的表达式为：

，

其中，表示目标对接位置；/>为转运机器人的实时位置；/>表示对接精度；

若满足对接完成条件，则确定转运机器人完成对接。

应当理解的是，在本发明实施例中，根据转运机器人的实时位置可以进行对接完成条件的判断，即当转运机器人的实时位置到达目标对接位置附近且满足上述对接完成条件时，则确定对接完成，其中上述对接完成条件即要求转运机器人的实时位置与目标对接位置之间的差值满足对接精度。此处应当理解的是，所述目标对接位置即为前文所述的目标轨道与转运机器人的台面轨道的对接位置。

根据图7所示的位置规划示意图并结合上述对接完成条件的公式可知，转运机器人的实时位置可略大或略小于目标对接位置，因此转运机器人对接完成精度带为。

在本发明实施例中，为了能够实现对每个驱动轮的控制，以满足位置规划要求，根据所述转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值并结合每个驱动轮的最大驱动力约束构建每个驱动轮的驱动力分配策略，包括：

根据转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值确定位置闭环控制增量式PID控制律，其中位置闭环控制增量式PID控制律的表达式为：

，

其中，，k表示时刻序号；/>表示k时刻转运机器人总驱动力的增量；/>表示比例系数；/>表示积分系数；/>表示微分系数；/>表示转运机器人的位置误差；/>表示转运机器人的期望位置；/>表示转运机器人的实时位置；/>表示k时刻转运机器人的位置误差；/>表示k时刻转运机器人总驱动力；/>表示k-1时刻转运机器人总驱动力；

根据位置闭环控制增量式PID控制律和每个驱动轮的最大驱动力约束对转运机器人总驱动力进行分配，获取每个驱动轮各自对应的驱动力。

进一步具体地，根据位置闭环控制增量式PID控制律和每个驱动轮的最大驱动力约束对转运机器人总驱动力进行分配，包括：

根据转运机器人总驱动力计算每个驱动轮的平均驱动力，其中，平均驱动力的计算公式为：

，

其中，表示平均驱动力；/>表示转运机器人总驱动力；n表示驱动轮个数；

将每个驱动轮的最大驱动力约束与平均驱动力进行比较，以判断是否存在平均驱动力超过至少一个驱动轮的最大驱动力约束的情况；

若存在，则将该至少一个驱动轮的驱动力设置为驱动轮最大驱动力，且将转运机器人总驱动力中剩余未分配的驱动力按照预设分配规则分配至剩余的驱动轮，所述剩余的驱动轮包括最大驱动力约束未被平均驱动力超过的驱动轮；

若不存在，则将转运机器人总驱动力按照预设分配规则分配至所有驱动轮。

在本发明实施例中，具体可以理解为，根据每个驱动轮的最大驱动力约束，对所得机器人总驱动力进行分配，设计驱动力分配策略如下：

（1）根据转运机器人总驱动力，计算各驱动轮的平均驱动力：

，

其中，表示平均驱动力；/>表示转运机器人总驱动力；n表示驱动轮个数。

此处举例说明，以转运机器人总驱动力为200、且以驱动轮个数为4为例，则平均驱动力为200/4=50。此处应当理解的是，针对驱动轮的个数，本发明实施例并不做限定，可以根据需要进行选择。

（2）若平均驱动力超过某些驱动轮的最大驱动力约束，则使这些驱动轮的驱动力等于驱动轮最大驱动力，

，

其中，下标h表示平均驱动力超过最大驱动力约束的驱动轮序号；表示第h个驱动轮的驱动力，/>表示第h个驱动轮的最大驱动力，/>表示平均驱动力。

此处举例说明，若平均驱动力为50，第2（h=2）个驱动轮的最大驱动力为49，则将第2个驱动轮的驱动力设置为49。

（3）在上述由于平均驱动力超过第2个驱动轮的最大驱动力，剩余第1、第3和第4个驱动轮的驱动力则未被平均驱动力超过，因此，剩余第1、第3和第4个驱动轮的驱动力则按照其各自驱动轮最大驱动力的比例分配转运机器人总驱动力剩余未分配的驱动力，即

，

其中，下标i表示驱动轮序号；表示剩余转运机器人驱动力；/>表示转运机器人总驱动力；/>表示第i个驱动轮的驱动力；/>表示第i个驱动轮的最大驱动力约束；/>表示平均驱动力；n表示驱动轮个数；h’表示平均驱动力超过最大驱动力约束的驱动轮的个数。

此处举例说明，若平均驱动力超过最大驱动力约束的驱动轮的个数h’为1个，此时由于前文已计算得知第2个驱动轮的驱动力设置为49，因此，此处为49，剩余转运机器人驱动力/>为200-49=151。也就是说，剩余第1、第3和第4个驱动轮的驱动力按照比例分配剩余转运机器人驱动力/>。

此处可以设定，第1个驱动轮的最大驱动力为51，第3个驱动轮的最大驱动力约束为52，第4个驱动轮的最大驱动力约束为51，则此时第1个驱动轮的驱动力具体可以，计算结果为/>，即此时第1个驱动轮的驱动力设定为50，按照此方式依次计算出第3个驱动轮的驱动力设定为，第4个驱动轮的驱动力设定为/>。

此处应当理解的是，若任意一个驱动轮的最大驱动力均未被平均驱动力超过，即任意一个驱动轮的最大驱动力均大于平均驱动力，则此时，即4个驱动轮按照各自的最大驱动力的比例分配转运机器人总驱动力。

在本发明实施例中，转运机器人总驱动力在经过驱动力分配策略之后，每个驱动轮的分配驱动力仍然存在差异，则可能会导致存在横摆力矩，进而引起驱动轮与轨道的磨损甚至脱轨，因此，为了避免出现横摆力矩，在本发明实施例中，根据每个驱动轮的驱动力分配策略生成驱动信号，包括：

根据每个驱动轮的驱动力分配策略构建横摆力矩约束策略；

根据横摆力矩约束策略确定每个驱动轮的期望驱动力矩；

根据每个驱动轮的期望驱动力矩生成每个驱动轮的驱动信号。

进一步具体地，根据每个驱动轮的驱动力分配策略构建横摆力矩约束策略，包括：

根据每个驱动轮的分配驱动力计算转运机器人的横摆力矩；

判断转运机器人的横摆力矩是否超过预设横摆力矩约束；

若转运机器人的横摆力矩超过预设横摆力矩约束，则根据驱动力整定规则确定驱动力的驱动力调整方式，

其中所述驱动力整定规则包括：

若上侧和下侧产生的横摆力矩方向相反，则减小所有驱动轮中最大的一个驱动轮的驱动力；

若上侧和下侧产生的横摆力矩方向相同，则分别减小上下两侧驱动力最大的一个驱动轮的驱动力；

其中，以转运机器人靠近转运机器人前进方向的一侧为上侧，背离前进方向的一侧为下侧。

在本发明实施例中，（1）首先计算每个驱动轮的分配驱动力所造成的转运机器人的横摆力矩。具体计算过程可以结合图8所示，此处还需要结合图2和图3所示，将转运机器人划分为上下两侧，此处划分的方式是以平行于转运机器人的台面轨道的方向的划分线，如图2所示，虚线L即表示划分线，此处将虚线L将转运机器人划分为两部分，其中靠近前进方向X的一侧为上侧，则另一侧为下侧。对于各轮驱动力差造成的横摆力矩，可以表示为：

，

其中，表示上侧产生的横摆力矩；/>表示下侧产生的横摆力矩；/>表示转运机器人横摆力矩；/>为第i个驱动轮对中心产生的力矩；/>表示左右两侧轮距。

（2）设置转运机器人横摆力矩约束：

，

其中，表示转运机器人横摆力矩；/>为转运机器人横摆力矩允许最大值。

（3）若转运机器人横摆力矩超出横摆力矩约束，则设置驱动力整定规则。

当上、下侧产生的横摆力矩方向相反，减小四轮驱动力最大的一个轮子的驱动力：

，

其中，表示取最大值运算；/>为第i个驱动轮的驱动力；/>表示转运机器人横摆力矩；/>表示转运机器人横摆力矩允许最大值；/>表示左右两侧轮距。

当上、下侧产生的横摆力矩方向相同，分别减小上、下两侧驱动力最大的一个轮子的驱动力：

，

其中，表示取最大值运算；/>为第i个驱动轮的驱动力；/>表示转运机器人横摆力矩；/>表示转运机器人横摆力矩允许最大值；/>表示转运机器人上侧产生的横摆力矩；/>表示机器人下侧产生的横摆力矩；/>表示左右两侧轮距。

（4）计算每个驱动轮的期望驱动力矩：

，

其中，表示第i个驱动轮的期望驱动力距；/>表示第i个驱动轮的驱动力；R表示驱动轮半径。

在本发明实施例中，对于转运机器人来说，减速对接阶段的停车误差和对接精度尤其重要，而对匀加速阶段的速度跟踪精度要求并不高，因此选择在机器人匀加速阶段进行驱动轮的时滞估计，在匀减速阶段，利用估计的时滞信息，对执行器时滞进行补偿。

具体地，根据每个驱动轮的驱动力分配策略生成驱动信号，还包括：

根据横摆力矩约束策略构建执行器时滞补偿策略，其中所述执行器时滞补偿策略包括在转运机器人的匀加速阶段对每个驱动轮的时滞进行估计获得时滞估计信息，并在转运机器人的匀减速阶段根据所述时滞估计信息对执行器时滞进行补偿；

根据所述执行器时滞补偿策略生成每个驱动轮的驱动信号。

应当理解的是，在本发明实施例中，执行器响应时滞主要是驱动电机向驱动轮发送扭矩时驱动轮响应慢而带来的时滞影响，因此，通过在转运机器人的匀加速阶段估计时滞信息，并在匀减速阶段根据时滞估计信息对时滞进行补偿以消除时滞影响，从而提升最终的转运机器人停车时与目标轨道的对接精度。

结合图9所示，记录每一时刻驱动轮的期望转矩与实际转矩和上一时刻的实际转矩，将当前时刻求得的实际时滞时间与上一时刻的实际时滞时间通过权重分配，得到当前时刻的估计时滞时间。通过以下公式求解得到：

，

其中，k表示时刻序号；表示第k时刻的执行器实际时滞时间；/>表示***采样时间；/>表示第k时刻的实际驱动力矩；/>表示第k时刻上一时刻的实际驱动力矩；/>表示第k时刻的期望驱动力矩；/>表示第k时刻的执行器估计时滞时间；/>表示第k时刻的权重，取/>；/>表示第k时刻上一时刻的执行器实际时滞时间。

根据各驱动轮的响应时滞，经过一阶惯性函数的倒数反求出可以无时滞响应期望控制量的控制信号，将其作为补偿控制信号，同时为防止补偿驱动力矩过大，设置权重系数，通过滤波后得到减速阶段每个驱动轮的最终输出驱动力矩控制量：

，

其中，k表示时刻序号；下标i表示驱动轮序号；表示k时刻第i个驱动轮的补偿驱动力矩；/>表示k时刻第i个驱动轮的最终输出驱动力矩；/>表示第i个驱动轮的时滞时间；/>表示***采样时间；/>表示k时刻第i个驱动轮的期望转矩；/>表示第k时刻上一时刻第i个驱动轮的实际驱动力矩；p表示权重系数，取/>。

综上，本发明实施例提供的轨道式转运机器人的控制方法，从载重传感器获得各驱动轮载重分布信息，得到各驱动轮最大驱动力约束和机器人最大总驱动力约束。根据最大总驱动力约束进行机器人位置规划，根据定位模块的机器人位置信息，进行位置闭环PID控制与对接完成判断。设计驱动力分配策略，根据各驱动轮最大驱动力约束对PID计算出的各驱动轮驱动力进行重新分配，对分配后的驱动力做机器人横摆力矩约束，并在超出横摆力矩约束时对各轮驱动力通过整定规则进行重新整定，然后对执行器时滞进行补偿，最后发送控制命令给驱动电机。另外，为了消除时滞影响，在机器人匀加速阶段根据各驱动轮的期望控制量和实际控制量进行时滞估计，得到各驱动轮的时滞时间，根据各驱动轮的时滞信息在机器人减速对接阶段对每个驱动轮进行时滞补偿，消除控制响应滞后。

因此，本发明提供的轨道式转运机器人的控制方法，根据每个驱动轮上的载重传感器获取载重分布信息，设计驱动力分配策略，消除了由于载重分布不均匀造成的各驱动轮的控制差异；设计了时滞补偿策略，在机器人加速阶段进行各驱动轮的响应时滞估计得到时滞信息，根据时滞信息在机器人减速对接阶段进行时滞补偿求解得到最终控制量，消除了由执行器时滞 带来的控制响应滞后，加快了驱动轮的响应速度，提高了机器人停车与轨道对接精度。

需要说明的是，本发明实施例的轨道式转运机器人的控制方法，不受外部目标轨道的数量限制，同时转移机器人的台面轨道数量也不限定。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种轨道式转运机器人的控制方法，其特征在于，应用于转运机器人，所述转运机器人包括迁移台和位于迁移台下表面的多个驱动轮装置，每个驱动轮装置均包括驱动轮和与之对应的驱动机构，所述轨道式转运机器人的控制方法包括：

分别获取转运机器人的实时位置和每个驱动轮的载重分布信息；

根据每个驱动轮的载重分布信息构建每个驱动轮的最大驱动力约束，并根据每个驱动轮的最大驱动力约束构建转运机器人总驱动力约束；

根据转运机器人总驱动力约束和所述转运机器人的实时位置控制转运机器人的对接；

根据所述转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值并结合每个驱动轮的最大驱动力约束构建每个驱动轮的驱动力分配策略；

根据每个驱动轮的驱动力分配策略生成驱动信号，以使得每个驱动轮的驱动机构根据所述驱动信号驱动对应的驱动轮的运动；

根据每个驱动轮的驱动力分配策略生成驱动信号，包括：

根据每个驱动轮的驱动力分配策略构建横摆力矩约束策略；

根据横摆力矩约束策略确定每个驱动轮的期望驱动力矩；

根据每个驱动轮的期望驱动力矩生成每个驱动轮的驱动信号；

根据每个驱动轮的驱动力分配策略构建横摆力矩约束策略，包括：

根据每个驱动轮的分配驱动力计算转运机器人的横摆力矩；

判断转运机器人的横摆力矩是否超过预设横摆力矩约束；

若转运机器人的横摆力矩超过预设横摆力矩约束，则根据驱动力整定规则确定驱动力的驱动力调整方式，

其中所述驱动力整定规则包括：

若上侧和下侧产生的横摆力矩方向相反，则减小所有驱动轮中最大的一个驱动轮的驱动力；

若上侧和下侧产生的横摆力矩方向相同，则分别减小上下两侧驱动力最大的一个驱动轮的驱动力；

其中，以转运机器人靠近转运机器人前进方向的一侧为上侧，背离前进方向的一侧为下侧。

2.根据权利要求1所述的轨道式转运机器人的控制方法，其特征在于，根据每个驱动轮的驱动力分配策略生成驱动信号，还包括：

根据横摆力矩约束策略构建执行器时滞补偿策略，其中所述执行器时滞补偿策略包括在转运机器人的匀加速阶段对每个驱动轮的时滞进行估计获得时滞估计信息，并在转运机器人的匀减速阶段根据所述时滞估计信息对执行器时滞进行补偿；

根据所述执行器时滞补偿策略生成每个驱动轮的驱动信号。

3.根据权利要求1所述的轨道式转运机器人的控制方法，其特征在于，根据每个驱动轮的载重分布信息构建每个驱动轮的最大驱动力约束，并根据每个驱动轮的最大驱动力约束构建转运机器人总驱动力约束，包括：

根据每个驱动轮的载重分布信息计算每个驱动轮的最大驱动力，其中，每个驱动轮的最大驱动力计算公式为：

，

其中，i表示驱动轮序号；表示第i个驱动轮的最大驱动力；/>表示第i个驱动轮的承载质量；g表示重力常数；/>表示摩擦系数；

根据每个驱动轮的最大驱动力以及该驱动力所对应的驱动机构的最大输出驱动力确定每个驱动轮的最大驱动力约束和转运机器人总驱动力约束，

，

其中，为第i个驱动轮的最大驱动力约束，/>为第i个驱动轮的最大驱动力；表示驱机构的最大输出驱动力；/>表示转运机器人总驱动力约束；n表示驱动轮的个数。

4.根据权利要求1所述的轨道式转运机器人的控制方法，其特征在于，根据转运机器人总驱动力约束和所述转运机器人的实时位置控制转运机器人的对接，包括：

根据转运机器人总驱动力约束确定转运机器人的期望位置，其中所述转运机器人的期望位置的表达式为：

，

其中，，i表示驱动轮序号；/>表示转运机器人的加速度，且设置匀减速与匀加速阶段的加速度大小相同；/>表示转运机器人总驱动力约束；/>表示第i个驱动轮承载质量；/>表示转运机器人的期望位置，t表示时间；/>表示转运机器人匀加速阶段结束的时间点；/>表示转运机器人匀减速阶段开始的时间点；

根据转运机器人的期望位置确定转运机器人的移动路径；

当转运机器人根据移动路径移动至目标对接位置时，判断转运机器人的实时位置与目标对接位置之间的差值是否满足对接完成条件，所述对接完成条件的表达式为：

，

其中，表示目标对接位置；/>为转运机器人的实时位置；/>表示对接精度；

若满足对接完成条件，则确定转运机器人完成对接。

5.根据权利要求1所述的轨道式转运机器人的控制方法，其特征在于，根据所述转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值并结合每个驱动轮的最大驱动力约束构建每个驱动轮的驱动力分配策略，包括：

根据转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值确定位置闭环控制增量式PID控制律，其中位置闭环控制增量式PID控制律的表达式为：

，

其中，，k表示时刻序号；/>表示k时刻转运机器人总驱动力的增量；/>表示比例系数；/>表示积分系数；/>表示微分系数；/>表示转运机器人的位置误差；/>表示转运机器人的期望位置；/>表示转运机器人的实时位置；/>表示k时刻转运机器人的位置误差；/>表示k时刻转运机器人总驱动力；/>表示k-1时刻转运机器人总驱动力；

根据位置闭环控制增量式PID控制律和每个驱动轮的最大驱动力约束对转运机器人总驱动力进行分配，获取每个驱动轮各自对应的驱动力。

6.根据权利要求5所述的轨道式转运机器人的控制方法，其特征在于，根据位置闭环控制增量式PID控制律和每个驱动轮的最大驱动力约束对转运机器人总驱动力进行分配，包括：

根据转运机器人总驱动力计算每个驱动轮的平均驱动力，其中，平均驱动力的计算公式为：

，

其中，表示平均驱动力；/>表示转运机器人总驱动力；n表示驱动轮个数；

将每个驱动轮的最大驱动力约束与平均驱动力进行比较，以判断是否存在平均驱动力超过至少一个驱动轮的最大驱动力约束的情况；

若存在，则将该至少一个驱动轮的驱动力设置为驱动轮最大驱动力，且将转运机器人总驱动力中剩余未分配的驱动力按照预设分配规则分配至剩余的驱动轮，所述剩余的驱动轮包括最大驱动力约束未被平均驱动力超过的驱动轮；

若不存在，则将转运机器人总驱动力按照预设分配规则分配至所有驱动轮。

7.一种轨道式转运机器人的控制装置，用于实现权利要求1至6中任意一项所述的轨道式转运机器人的控制方法，其特征在于，包括：

获取模块，用于分别获取转运机器人的实时位置和每个驱动轮的载重分布信息；

第一构建模块，用于根据每个驱动轮的载重分布信息构建每个驱动轮的最大驱动力约束，并根据每个驱动轮的最大驱动力约束构建转运机器人总驱动力约束；

控制模块，用于根据转运机器人总驱动力约束和所述转运机器人的实时位置控制转运机器人的对接；

第二构建模块，用于根据所述转运机器人的实时位置和目标对接位置的差值并结合每个驱动轮的最大驱动力约束构建每个驱动轮的驱动力分配策略；

生成模块，用于根据每个驱动轮的驱动力分配策略生成驱动信号，以使得每个驱动轮的驱动机构根据所述驱动信号驱动对应的驱动轮的运动。

8.一种轨道式转运机器人的控制***，其特征在于，包括：转运机器人、位置采集装置、载重信息采集装置和权利要求7所述的轨道式转运机器人的控制装置，所述转运机器人包括迁移台和位于迁移台下表面的多个驱动轮装置，每个驱动轮装置均包括驱动轮和与之对应的驱动机构，所述位置采集装置安装在迁移台上，每个驱动轮上均安装一个所述载重信息采集装置，所述位置采集装置、载重信息采集装置和驱动轮装置均与所述轨道式转运机器人的控制装置通信连接；

所述位置采集装置能够实时采集转运机器人的实时位置；

所述载重信息采集装置能够采集每个驱动轮的载重分布信息；

所述轨道式转运机器人的控制装置能够根据每个驱动轮的载重分布信息以及转运机器人的实时位置确定驱动机构的驱动信号；

所述驱动机构能够根据驱动信号驱动每个驱动轮的运动以带动迁移台移动至目标对接位置完成对接，其中所述迁移台用于承载待转运工件。