恭喜北京理工大学珠海学院张永立获国家专利权
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龙图腾网恭喜北京理工大学珠海学院申请的专利基于两轮差速驱动的移动载体及其控制方法、应用获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN112757912B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-17发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202110136829.4,技术领域涉及:B60L15/20;该发明授权基于两轮差速驱动的移动载体及其控制方法、应用是由张永立设计研发完成,并于2021-02-01向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于两轮差速驱动的移动载体及其控制方法、应用在说明书摘要公布了:本发明涉及基于两轮差速驱动的移动载体,包括移动载体结构主体,移动载体结构主体底部安装差速驱动模块及一个或两个车轮;差速驱动模块包括一对轮状转动体,一对轮状转动体同轴安装在移动载体结构主体的底部,一对轮状转动体分别通过驱动机构驱动其转动;车轮与轮状转动体非同轴安装;还包括自主跟随电气控制模块及自主跟随测距模块;自主跟随测距模块能测量移动载体与被跟随者的距离,并将测量的数据传输给自主跟随电气控制模块,自主跟随电气控制模块控制驱动机构工作,通过一对驱动机构分别调节一对轮状转动体的转速来实现移动载体的跟随模式;该移动载体还可被用于实现多种移动结构;本发明能多方位自主跟随。
本发明授权基于两轮差速驱动的移动载体及其控制方法、应用在权利要求书中公布了:1.基于两轮差速驱动的移动载体的控制方法,其特征在于:所述基于两轮差速驱动的移动载体包括移动载体结构主体,所述移动载体结构主体底部安装差速驱动模块及一个或两个车轮; 所述差速驱动模块包括一对轮状转动体,一对所述轮状转动体同轴安装在所述移动载体结构主体的底部,一对所述轮状转动体分别通过驱动机构驱动其转动;一个或两个所述车轮也安装在所述移动载体结构主体的底部,且一个或两个所述车轮与所述轮状转动体非同轴安装; 还包括自主跟随电气控制模块及自主跟随测距模块;所述自主跟随测距模块能测量移动载体与被跟随者的距离,并将测量的数据传输给所述自主跟随电气控制模块,所述自主跟随电气控制模块控制所述驱动机构工作,通过一对所述驱动机构分别调节一对轮状转动体的转速来实现所述移动载体的前进、后退、转弯、停止状态,实现被跟随者在移动载体的周边任意朝向位置上的被跟随; 所述自主跟随测距模块包括两个UWB基站和一个UWB标签,两个所述UWB基站安装在移动载体结构主体上不对称的位置,所述UWB标签安装在手持终端上,所述手持终端与被跟随者同步运动,所述手持终端通过通讯模块与所述自主跟随电气控制模块通过通讯模块连接,使得UWB标签与两个UWB基站之间距离能发送到所述自主跟随电气控制模块,并能通过发布指令使得所述自主跟随电气控制模块工作; 所述控制方法包括如下步骤: 获取移动载体本身的方位与状态信息、被跟随者的位置信息; 根据自主跟随测距模块的布置方式,以及基于测距的自主跟随控制量的选取,按照控制算法,确定跟随控制量,通过一对驱动机构分别调节一对轮状转动体的转速来实现移动载体的前进、后退、转弯、停止状态,实现被跟随者在移动载体的周边任意朝向位置上的被跟随; 当被跟随者在移动载体的周边被跟随时, 左侧跟随控制器的设计方法为: 以移动载体的中心为原点建立坐标系O-xy;规定x轴负方向为前、x轴正方向为后,y轴负方向为左,y轴正方向为右;假设两个UWB基站分别放置在A、B点位置,A’、B’为以A、B为对角线的矩形的另外两个端点,设UWB标签位于移动载体的正左侧C点时,为平衡位置,即eh=0,el=0,那么根据测量得到的三角形ACB的三条边的长度,采用余弦定理很容易得到: 于是 lBD=lBCcos∠CBA′式2 假设UWB标签固定在被跟随者身上,并随着被跟随者的移动而实时移动,当UWB标签移动到C’点时,分别可以得到三角形AC’B的三条边的长度,采用余弦定理很容易得到: 于是 lBD′=lBC′cos∠C′BA′式4 那么 el=lBD′-lBD式5 同理得 eh=lC′D′-lCD式6 当UWB标签移动到C’点时,在xy方向上相对于C点产生的位移量分别为el、eh,分别构建PID控制器 其中,ux为使移动载体向前跟随的控制量,uy为使移动载体为了保持与被跟随的侧面距离而施加左右两个后轮的差速控制量,假设移动载体当前时刻的移动速度为v0,Kp、Kd、Ki分别是PID控制器的比例系数、微分系数、积分系数,其上标x、y代表其在x、y两个方向上的系数,那么,施加于左右两个后轮的速度为 以此类推,得到右侧面跟随的控制器设计方法; 前侧跟随控制器的设计方法为: 以移动载体的中心为原点建立坐标系O-xy;规定x轴负方向为前、x轴正方向为后,y轴负方向为左,y轴正方向为右;设UWB标签位于移动载体的正前方F点时,为平衡位置,即efh=0,efl=0,假设UWB标签固定在被跟随者身上,并随着被跟随者的移动而实时移动,当UWB标签移动到F’点时,容易得到efh、efl的值;那么,当UWB标签移动到F’点时,在xy方向上相对于F点产生的位移量分别为efl、efh,分别构建PID控制器: 其中,μx为使移动载体向前跟随的控制量,μy为使移动载体为了保持与被跟随的左右偏离而施加左右两个后轮的差速控制量,假设移动载体当前时刻的移动速度为v0,kp、kd、ki分别是PID控制器的比例系数、微分系数、积分系数,其上标x、y代表其在x、y两个方向上的系数,那么,施加于左右两个后轮的速度为: 以此类推,得到后面跟随的控制器设计方法。
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