一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统及方法与流程

1.本发明涉及自动化控制技术领域，特别是涉及一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统及方法。

背景技术：

2.养老护理抱举机器人主要应用场所为医院、养老院等室内环境，要求机器人能够在载重的情况下在室内平坦的地面环境进行全方位移动。为达到养老护理抱举机器人设计实际需求，需要对全向移动平台在平地启动、正常行驶、上坡行驶状态下进行驱动力分析，以及对底盘受力情况进行分析。
3.现有技术中的护理抱举机器人只能在平地上进行行驶，但是却无法对平地行驶的状态进行分析，更无法实现上坡行驶状态下进行驱动力分析，因此迫切需要改进。

技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统，包括：
5.启动运行模块，用于输出启动信号至所述机器人全向移动平台，并控制所述机器人全向移动平台启动时电机所需的峰值力矩；
6.平地运行模块，用于接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在平地运行时的参数信息；
7.爬坡运行模块，用于接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在爬坡运行时的参数信息；
8.驱动力分析模块，用于输出控制信号至所述平地运行模块、爬坡运行模块。
9.在本发明的一实施例中，所述机器人全向移动平台在平地运行时的参数信息包括平地运行车轮驱动力矩、平地运行电机输出力矩、平地运行的最大功率。
10.在本发明的一实施例中，所述机器人全向移动平台在爬坡运行时的参数信息包括爬坡运行车轮驱动力矩、爬坡运行电机输出力矩、爬坡运行电机输出功率。
11.在本发明的一实施例中，所述驱动力分析模块包括：
12.电机速度控制单元，用于输出电机速度控制信号至所述平地运行模块和所述爬坡运行模块；
13.激光雷达单元，用于输出速度位姿实时监测信号至所述平地运行模块和所述爬坡运行模块。
14.本发明还提供一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析方法，所述全向移动平台控制方法基于上述的护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统，所述机器人全向移动平台运动学分析方法包括：
15.s1、通过启动运行模块输出启动信号至所述机器人全向移动平台，并控制所述机器人全向移动平台启动时电机所需的峰值力矩；
16.s2、通过平地运行模块接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在平地运行时的参数信息；
17.s3、通过爬坡运行模块接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在爬坡运行时的参数信息；
18.s4、通过驱动力分析模块输出控制信号至所述平地运行模块、爬坡运行模块。
19.在本发明的一实施例中，步骤s1中的通过启动运行模块输出启动信号至所述机器人全向移动平台，并控制所述机器人全向移动平台启动时电机所需的峰值力矩包括：
20.所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统启动时，每个车轮所受摩擦阻力为：
21.μ0为每个车轮的滑动摩擦因数，m为所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统的质量，g为9.8n/kg；
22.则启动时刻，每个车轮静摩擦力矩为：d为车轮到所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统中心点之间的距离；
23.所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统启动时电机所需的峰值力矩为：
24.其中，i为第i个车轮，η为机械传动效率。
25.在本发明的一实施例中，步骤s2中的通过平地运行模块接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在平地运行时的参数信息包括：
26.所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统在平地运行时，包括匀速运行和加速运行，平地运行时每个车轮所受摩擦阻力为：
[0027][0028]
a为护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统的增加系数，f为车轮与地面的滚动摩擦系数；
[0029]
平地运行车轮驱动力矩为：
[0030]
平地运行电机输出力矩为：
[0031]
平地运行的最大功率为：v
max
为护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统的最大速度。
[0032]
在本发明的一实施例中，步骤s3中的通过爬坡运行模块接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在爬坡运行时的参数信息包括：
[0033]
所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统在爬坡运行时，包括匀速运行
和加速运行，考虑坡度阻力，即为护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统爬坡运行时重力沿坡道斜面的分力；
[0034]
爬坡运行时每个车轮所受摩擦阻力为：
[0035]
爬坡运行车轮驱动力矩为：
[0036]
爬坡运行电机输出力矩为：
[0037]
爬坡运行电机输出功率为：
[0038]
如上所述，本发明的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统及方法，具有以下有益效果：
[0039]
本发明的护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统及方法能够对全向移动平台在平地启动、正常行驶、上坡行驶状态下进行驱动力分析，并且能够对底盘受力情况进行分析。
[0040]
本发明的护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统及方法能够在载重的情况下在室内平坦的地面环境进行全方位移动。
附图说明
[0041]
图1为本技术实施例提供的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统的原理图。
[0042]
图2为本技术实施例提供的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统的驱动力分析模块的原理图。
[0043]
图3为本技术实施例提供的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统的驱动力分析方法的工作流程图。
[0044]
元件标号说明
[0045]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
启动运行模块
[0046]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
平地运行模块
[0047]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
爬坡运行模块
[0048]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
驱动力分析模块
[0049]
41
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电机速度控制单元
[0050]
42
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
激光雷达单元
具体实施方式
[0051]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施
例中的特征可以相互组合。
[0052]
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0053]
请参阅图1，图1为本技术实施例提供的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统的原理图。本发明提供一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统，养老护理抱举机器人主要应用场所为医院、养老院等室内环境，要求机器人能够在载重的情况下在室内平坦的地面环境进行全方位移动。为达到养老护理抱举机器人设计实际需求，需要对全向移动平台在平地启动、正常行驶、上坡行驶状态下进行驱动力分析，本发明的护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统及方法能够对全向移动平台在平地启动、正常行驶、上坡行驶状态下进行驱动力分析，并且能够对底盘受力情况进行分析。所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统包括启动运行模块1、平地运行模块2、爬坡运行模块3、驱动力分析模块4，所述启动运行模块1用于输出启动信号至所述机器人全向移动平台，并控制所述机器人全向移动平台启动时电机所需的峰值力矩；所述平地运行模块2用于接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在平地运行时的参数信息；所述爬坡运行模块3用于接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在爬坡运行时的参数信息；所述驱动力分析模块4用于输出控制信号至所述平地运行模块2、爬坡运行模块3。
[0054]
具体的，所述机器人全向移动平台在平地运行时的参数信息包括平地运行车轮驱动力矩、平地运行电机输出力矩、平地运行的最大功率。所述机器人全向移动平台在爬坡运行时的参数信息包括爬坡运行车轮驱动力矩、爬坡运行电机输出力矩、爬坡运行电机输出功率。
[0055]
具体的，护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统在平坦地面一般运行速度为1.5m/s，最大行驶速度不超过1.8m/s。护理机器人爬坡时，行驶速度为0.5m/s，最大爬坡角度α＝20
°
。
[0056]
请参阅图2，图2为本技术实施例提供的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统的驱动力分析模块的原理图。所述驱动力分析模块4包括电机速度控制单元41和激光雷达单元42，所述电机速度控制单元41用于输出电机速度控制信号至所述平地运行模块2和所述爬坡运行模块3；所述激光雷达单元42用于输出速度位姿实时监测信号至所述平地运行模块2和所述爬坡运行模块3。
[0057]
具体的，所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统完成对其室内运动路线规划后，可以发送路径指令给控制器，控制器控制四个轮子按规划路径运动。在护理抱举机器人运动过程中，可以通过编码器和激光雷达对护理抱举机器人的速度位姿实时监测，并及时进行调整，使护理抱举机器人能够按照规划路径进行运行。如果误差过大，超出规定范围，则以当前位置作为起始点重新规划运动路径。
[0058]
请参阅图3，图3为本技术实施例提供的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统的驱动力分析方法的工作流程图。与本发明的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统原理相似的是，本发明还提供一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析方法，所述全向移动平台控制方法基于上述的护理抱举机器人全向移动平台运动学分析
系统，所述机器人全向移动平台运动学分析方法包括：
[0059]
步骤s1、通过启动运行模块1输出启动信号至所述机器人全向移动平台，并控制所述机器人全向移动平台启动时电机所需的峰值力矩。
[0060]
步骤s2、通过平地运行模块2接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在平地运行时的参数信息。
[0061]
步骤s3、通过爬坡运行模块3接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在爬坡运行时的参数信息。
[0062]
步骤s4、通过驱动力分析模块4输出控制信号至所述平地运行模块2、爬坡运行模块3。
[0063]
步骤s1中的通过启动运行模块1输出启动信号至所述机器人全向移动平台，并控制所述机器人全向移动平台启动时电机所需的峰值力矩包括：
[0064]
所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统启动时，每个车轮所受摩擦阻力为：
[0065]
μ0为每个车轮的滑动摩擦因数，m为所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统的质量，g为9.8n/kg；
[0066]
则启动时刻，每个车轮静摩擦力矩为：d为车轮到所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统中心点之间的距离；
[0067]
例如：
[0068]
所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统启动时电机所需的峰值力矩为：
[0069]
其中，i为第i个车轮，η为机械传动效率，取值0.8。例如：
[0070]
步骤s2中的通过平地运行模块2接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在平地运行时的参数信息包括：
[0071]
所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统在平地运行时，包括匀速运行和加速运行，平地运行时每个车轮所受摩擦阻力为：
[0072]
例如：
[0073]
a为护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统的增加系数，f为车轮与地面的滚动摩擦系数；
[0074]
平地运行车轮驱动力矩为：
[0075]
平地运行电机输出力矩为：例如：
[0076]
平地运行的最大功率为：v
max
为护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统的最大速度。例如：
[0077]
步骤s3中的通过爬坡运行模块3接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在爬坡运行时的参数信息包括：
[0078]
所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统在爬坡运行时，包括匀速运行和加速运行，考虑坡度阻力，即为护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统爬坡运行时重力沿坡道斜面的分力；
[0079]
爬坡运行时每个车轮所受摩擦阻力为：例如：
[0080][0081]
爬坡运行车轮驱动力矩为：例如：
[0082]
爬坡运行电机输出力矩为：例如：
[0083]
爬坡运行电机输出功率为：例如：
[0084]
本发明还提出一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有程序指令，所述处理器运行程序指令实现上述的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析方法。所述处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processing，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件；所述存储器可能包含随机存取存储器(random access memory，简称ram)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。所述存储器也可以为随机存取存储器(random access memory，ram)类型的内部存储器，所述处理器、存储器可以集成为一个或多个独立的电路或硬件，如：专用集成电路(application specificintegrated circuit，asic)。需要说明的是，上述的存储器中的计算机程序可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的
部分或者该技术方案的部分可以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。
[0085]
本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析方法。计算机可读存储介质可以是，电子介质、磁介质、光介质、电磁介质、红外介质或半导体系统或传播介质。计算机可读存储介质还可以包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、硬磁盘和光盘。光盘可以包括光盘-只读存储器(cd-rom)、光盘-读/写(cd-rw)和dvd。
[0086]
综上所述，本发明的护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统及方法能够对全向移动平台在平地启动、正常行驶、上坡行驶状态下进行驱动力分析，并且能够对底盘受力情况进行分析。且能够在载重的情况下在室内平坦的地面环境进行全方位移动。
[0087]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：

1.一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统，其特征在于，包括：启动运行模块(1)，用于输出启动信号至所述机器人全向移动平台，并控制所述机器人全向移动平台启动时电机所需的峰值力矩；平地运行模块(2)，用于接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在平地运行时的参数信息；爬坡运行模块(3)，用于接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在爬坡运行时的参数信息；驱动力分析模块(4)，用于输出控制信号至所述平地运行模块(2)、爬坡运行模块(3)。2.根据权利要求1所述的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统，其特征在于：所述机器人全向移动平台在平地运行时的参数信息包括平地运行车轮驱动力矩、平地运行电机输出力矩、平地运行的最大功率。3.根据权利要求2所述的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统，其特征在于：所述机器人全向移动平台在爬坡运行时的参数信息包括爬坡运行车轮驱动力矩、爬坡运行电机输出力矩、爬坡运行电机输出功率。4.根据权利要求3所述的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统，其特征在于，所述驱动力分析模块(4)包括：电机速度控制单元(41)，用于输出电机速度控制信号至所述平地运行模块(2)和所述爬坡运行模块(3)；激光雷达单元(42)，用于输出速度位姿实时监测信号至所述平地运行模块(2)和所述爬坡运行模块(3)。5.一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析方法，其特征在于，所述全向移动平台控制方法基于权利要求1～权利要求4任意一项所述的护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统，所述机器人全向移动平台运动学分析方法包括：s1、通过启动运行模块(1)输出启动信号至所述机器人全向移动平台，并控制所述机器人全向移动平台启动时电机所需的峰值力矩；s2、通过平地运行模块(2)接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在平地运行时的参数信息；s3、通过爬坡运行模块(3)接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在爬坡运行时的参数信息；s4、通过驱动力分析模块(4)输出控制信号至所述平地运行模块(2)、爬坡运行模块(3)。6.根据权利要求5所述的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析方法，其特征在于，步骤s1中的通过启动运行模块(1)输出启动信号至所述机器人全向移动平台，并控制所述机器人全向移动平台启动时电机所需的峰值力矩包括：所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统启动时，每个车轮所受摩擦阻力为：μ0为每个车轮的滑动摩擦因数，m为所述护理抱举机器人全向移动平
台运动学分析系统的质量，g为9.8n/kg；则启动时刻，每个车轮静摩擦力矩为：d为车轮到所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统中心点之间的距离；所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统启动时电机所需的峰值力矩为：其中，i为第i个车轮，η为机械传动效率。7.根据权利要求6所述的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析方法，其特征在于，步骤s2中的通过平地运行模块(2)接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在平地运行时的参数信息包括：所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统在平地运行时，包括匀速运行和加速运行，平地运行时每个车轮所受摩擦阻力为：a为护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统的增加系数，f为车轮与地面的滚动摩擦系数；平地运行车轮驱动力矩为：平地运行电机输出力矩为：平地运行的最大功率为：v
max
为护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统的最大速度。8.根据权利要求7所述的一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析方法，其特征在于，步骤s3中的通过爬坡运行模块(3)接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在爬坡运行时的参数信息包括：所述护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统在爬坡运行时，包括匀速运行和加速运行，考虑坡度阻力，即为护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统爬坡运行时重力沿坡道斜面的分力；爬坡运行时每个车轮所受摩擦阻力为：爬坡运行车轮驱动力矩为：爬坡运行电机输出力矩为：
爬坡运行电机输出功率为：

技术总结

本发明涉及自动化控制技术领域，特别是涉及一种护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统及方法。包括：启动运行模块用于输出启动信号至所述机器人全向移动平台，并控制所述机器人全向移动平台启动时电机所需的峰值力矩；平地运行模块用于接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在平地运行时的参数信息；爬坡运行模块用于接收所述启动信号，并控制所述机器人全向移动平台在爬坡运行时的参数信息；驱动力分析模块用于输出控制信号至所述平地运行模块、爬坡运行模块。本发明的护理抱举机器人全向移动平台运动学分析系统及方法能够对全向移动平台在平地启动、正常行驶、上坡行驶状态下进行驱动力分析，并且能够对底盘受力情况进行分析。对底盘受力情况进行分析。对底盘受力情况进行分析。