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彎控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適用于智能移動機器人的自主控制，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彎控制系統(tǒng)。
背景技術：
在公開號CN101947788A，
公開日2011年1月19日中公開了名為“一種智能機器人”，該機器人包括人機接口模塊、主控制器、環(huán)境監(jiān)測模塊、機器人定位模塊、電機驅動模塊、視覺模塊、語音模塊、數據存儲模塊、無線數據傳輸模塊和電源管理模塊；人機接口模塊與用戶進行人機信息交互，將接受數據傳輸至主控制器；環(huán)境監(jiān)測模塊將檢測到的信息輸入主控制器；機器人定位模塊將外部信息傳輸給主控制器；電機驅動模塊由主控制器控制，完成對電機驅動模塊內驅動電機的伺服控制；視覺模塊和語音模塊將采集到的信號輸入主控制器內，主控制器將采集到的各種信號均輸入數據存儲模塊內，與數據存儲模塊內預先調用的服務數據包進行對比；主控制器控制無線數據傳輸模塊按預先設定的定時時間與服務端進行信息交互；機器人內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行信息的通信交互，在使用上不需要依賴目標機器人和道路設施，因此具有廣泛的應用前景。由于獨立式跟蹤系統(tǒng)無法直接獲得目標機器人的運動狀態(tài)信息，所以無法簡單的復現目標機器人的速度、加速度等信息，需要通過自動跟蹤系統(tǒng)對目標機器人的位置、姿態(tài)信息進行檢測來實現跟蹤。常規(guī)方法是通過采集到的環(huán)境數據直接得到目標機器人的位置、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存儲的目標機器人的歷史軌跡信息來進行逐點跟蹤，這種方法只是采取了跟蹤目標機器人軌跡上的一系列的點，本質上無法把目標機器人的軌跡完全的復現出來。當目標機器人出現突然拐彎時，跟隨機器人若不能很好處理拐彎情況，跟隨機器人的運動會偏離目標機器人的軌跡，增大跟蹤時的偏差，降低跟蹤性能，還有可能失去跟蹤目標，無法達到跟蹤目的，甚至出現撞向路邊或者障礙物的危險情況。

發(fā)明內容
為了解決獨立式自動跟蹤系統(tǒng)中無法把目標的軌跡完全進行復現以及轉彎時的跟蹤偏差和丟失目標等問題，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彎控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先通過激光雷達對目標機器人進行檢測，得到目標機器人相對于自主跟隨機器人的距離與位姿，利用自主跟隨機器人的自我定位信息得到目標機器人在全局坐標系中的位置坐標，由目標機器人當前點以及歷史點即可通過局部可柔度虛桿模型得到目標機器人運動的軌跡曲線，進而獲知剛性段與柔性段的拐點。更能使自主跟隨機器人精確地復現目標機器人的運動軌跡。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彎控制系統(tǒng)，該局部可柔度虛桿轉彎控制系統(tǒng)加載在智能移動機器人的主控制器內，所述的獨立式自動跟蹤是指自主跟隨智能移動機器人復現目標智能移動機器人的前行軌跡。該局部可柔度虛桿轉彎控制系統(tǒng)包括有激光測距儀(1)、GPS導航設備(2)、三軸陀螺儀(3)、碼盤(4)、攝像頭(5)、第一預處理單元(10)、第二預處理單元(20)、第三預處理單元(30)、第四預處理單元(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導航設備(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器人上；激光測距儀(1)用于檢測自主跟隨機器人(后車)前方180°范圍內物體距其的位置信息01 = {P1;P2，-,Pi, ···}；第一預處理單元(10)對01 = {P1;P2，-,Pi, ···}依
據距離與角度關系Acos(扎-α)進行處理，得到前車相對后車的位置
信息P C' 0C;GPS導航設備⑵用于測量自主跟隨機器人(后車)當前的位置信息込=(D經度， D4fft)；第二預處理單元(20)依據全局坐標轉換關系？ =對込=(D^5D4fft)
L^vV7」 Li^i度 u緯度」
進行坐標映射，得到自主跟隨機器人(后車)在全局坐標系O-XY下的位置.:gF ；三軸陀螺儀(3)用于測量自主跟隨機器人(后車)當前運動的角速度信息03 = (D3ijD32jD33)；第三預處理單元(30)對D3= (D3ijD32jD33)依據航向角關系Δ β =D33XtsS 行處理，得到自主跟隨機器人(后車)當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;第四預處理單元(40)對D4利用脈沖-距離關系AS=E D4XM進行處理，得到自主跟隨機器人(后車)在采樣時間間隔At = t-t'內前進的位移AS ；攝像頭(5)用于實時采集目標機器人(前車)前行的圖像信息PCK ；第二運動狀態(tài)檢測單元⑶第一方面依據航位推算方法
L·+Mcosi/ ,+^l
SF =； ^對「一 1 Δ β和AS進行處理，來更新自主機器人在全局
W ⑵、
AV
坐標系O-XY下的當前位置坐標；第二方面利用位移與速度的關系Vf ="^對Δ S進行處
At
理，得到當前時刻自主跟隨機器人(后車)的速度信息Vf ；然后利用速度與加速度的關系
CIf =”i求出當前時刻自主跟隨機器人(后車)的加速度信息aF ；第三方面進行位移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)首先依據位姿轉換關系式
權利要求
1. 一種適用于獨立式自動跟蹤的局部可柔度虛桿轉彎控制系統(tǒng)，該局部可柔度虛桿轉彎控制系統(tǒng)加載在智能移動機器人的主控制器內，所述的獨立式自動跟蹤是指自主跟隨智能移動機器人復現目標智能移動機器人的前行軌跡，其特征在于該局部可柔度虛桿轉彎控制系統(tǒng)包括有激光測距儀(1)、GPS導航設備O)、三軸陀螺儀(3)、碼盤0)、攝像頭 (5)、第一預處理單元(10)、第二預處理單元(20)、第三預處理單元(30)、第四預處理單元 (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導航設備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器人上；激光測距儀(1)用于檢測自主跟隨機器人(后車)前方180°范圍內物體距其的位置信息 D1=^1, P2，-,Pi, ···}；第一預處理單元(10)對01 = {P1;P2，-,Pi, ···}依據距離與角度關系A = ■‘㈦筆凡cos(凡-or)進行處理，得到前車相對后車的位置信息GPS導航設備(2)用于測量自主跟隨機器人(后車)當前的位置信息隊=Da 度)；第二預處理單元00)依據全局坐標轉換關系^^Os …對D2 = (D^,D^)進L練度緯度」行坐標映射，得到自主跟隨機器人(后車)在全局坐標系O-XY下的位置；三軸陀螺儀(3)用于測量自主跟隨機器人(后車)當前運動的角速度信息1)3 = (D31, D32，D33)；第三預處理單元(30)對D3 = (D31, D32，D33)依據航向角關系Δ β = D33Xts進行處理，得到自主跟隨機器人(后車)當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;第四預處理單元GO)對D4利用脈沖-距離關系AS=E D4XM進行處理，得到自主跟隨機器人(后車)在采樣時間間隔Δ t = t-t'內前進的位移Δ S ； 攝像頭(5)用于實時采集目標機器人(前車)前行的圖像信息PCK; 第二運動狀態(tài)檢測單元⑶第一方面依據航位推算方法坐標系0-χγ下的當前位置坐標；xf表示自主跟隨機器人(后車)前一時刻的位置坐標；L Jβ/表示自主跟隨機器人(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系vF =7對AS進行處理，得到當前時刻自主跟隨機器人At(后車)的速度信息Vf ；然后利用速度與加速度的關系 =”i求出當前時刻自主跟隨 Δ β和Δ S進行處理，來更新自主機器人在全局機器人(后車)的加速度信息％ ；ν' F表示前一時刻自主跟隨機器人(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)；第式系關換轉姿位據依先首 \1/元合一測檢 態(tài)狀 動運
2.根據權利要求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.根據權利要求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彎控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括有激光測距儀、GPS導航設備、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)首先通過激光雷達對目標機器人進行檢測，得到目標機器人相對于自主跟隨機器人的距離與位姿，利用自主跟隨機器人的自我定位信息得到目標機器人在全局坐標系中的位置坐標，由目標機器人當前點以及歷史點即可通過局部可柔度虛桿模型得到目標機器人運動的軌跡曲線，進而獲知剛性段與柔性段的拐點。更能使自主跟隨機器人精確地復現目標機器人的運動軌跡。
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