八轮全向电机驱动移动平台系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及驱动轮技术控制领域，具体涉及八轮全向电机驱动移动平台系统及其控制方法。


背景技术：

2.自动导引运输车(agv：automated guided vehicle)是一种装备有电磁或光学等自动导引装置的运输车，它能够沿规定的导引路径行驶，以搬运物料，得到了广泛应用。然而，agv的转向性能较差，如无法在复杂路况下正常行走，从而无法满足实际的需要。
3.有鉴于此，本发明提供一种八轮全向电机驱动移动平台系统及其控制方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供八轮全向电机驱动移动平台系统及其控制方法。
5.为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：八轮全向电机驱动移动平台系统，包括四个车轮组件，所述车轮组件的结构相同，且四个所述车轮组件均包括左轮毂电机、右轮毂电机、左功率驱动模块、右功率驱动模块、左foc软件模块和右foc软件模块，所述左轮毂电机和右轮毂电机分别连接有左车轮和右车轮，所述左车轮和右车轮形成车轮模组，所述左轮毂电机和右轮毂电机均连接有方向角度传感器，所述方向角度传感器连接有dir方向模块，所述dir方向模块连接有can数据解码模块，所述can数据解码模块连接主控模块，所述左轮毂电机连接有左功率驱动模块，所述左功率驱动模块连接有左foc软件模块，所述右轮毂电机连接有右功率驱动模块，所述右功率驱动模块连接有右foc软件模块，所述左foc软件模块和右foc软件模块均连接有can数据解码模块。
6.八轮全向电机驱动移动平台系统的转向控制方法，包括以下步骤：（1）先通过所述can数据解码模块传送并解码得到所述主控模块的所述车轮模组的方向基准值dir.ref和速度基准值sp.ref(all)。然后通过所述方向角度传感器得到第一组所述车轮模组的方向反馈值dir.fback；最后通过上述的方向基准值dir.ref和方向反馈值dir.fback，得到所述车轮模组的方向误差值dir.err。
7.（2）通过所述左foc软件模块和右foc软件模块的速度pi调节，分别调整左车轮和右车轮的转速，重新得到所述左车轮的左速度基准sp.ref(l)和右车轮的右速度基准sp.ref(r)。
8.（3）先通过所述左轮毂电机的转子位置编码器和所述右轮毂电机的转子位置编码器，分别将左车轮实际的左车轮反馈速度sp.fback(l)和右车轮反馈速度sp.fback(l)传送给左foc软件模块和右foc软件模块，从而得到左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err (r)。
9.（4）重复上述步骤（2）和步骤（3），直至左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右
车轮的右车轮速度误差sp.err(r)均为零，从而使方向偏差值dir.err＝０，最后所述左车轮和右车轮以相同的速度按照指定的方向前进。
10.（5）按照上述步骤（1）至步骤（4）的方式，调整其他三组所述车轮模组的车轮，使所述移动平台按照设定的方向进行转动。
11.进一步，在所述步骤（1）中，设定所述车轮模组指向主控模块的基准方式时，所述方向角度传感器输出方向反馈值dir.fback＝０，当所述车轮模组方向往0点左偏时，dir.fback为负数，当方向往0点右偏时，dir.fback为正数。
12.进一步，在所述步骤（1）中，所述车轮模组的方向误差值dir.err的计算公式如下。
13.dir.err =dir.ref-dir.fback。
14.如果所述方向误差值dir.err为零时，反应了当前所述车轮模组的车轮方向正常运动。
15.如果所述方向误差值dir.err为正数时，反应了当前所述车轮模组的车轮偏左。
16.如果所述方向误差值dir.err为负数时，反应了当前所述车轮模组的车轮偏右。
17.进一步，在所述步骤（2）中，所述左车轮的左速度基准sp.ref(l)和右车轮的右速度基准sp.ref(r)的计算公式如下：sp.ref(l) = sp.ref(all) + dir.err * kp +σ(dir.err * ki) ;sp.ref(r) = sp.ref(all)
ꢀ‑ꢀ
dir.err * kp
ꢀ‑
σ(dir.err * ki) ;其中，kp和ki为左foc软件模块和右foc软件模块的速度pi调节系数；进一步，在所述步骤（3）中，所述左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err(r) 的计算公式如下：sp.err(l)=sp.ref(l)-sp.fback(l)；sp.err(r)=sp.ref(r)-sp.fback(r)；通过比较左速度基准sp.ref(l)和左车轮反馈速度sp.fback(l)的差值，及其右速度基准sp.ref(r)和右车轮反馈速度sp.fback(r) 的差值，分别得到所述左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err (r)。
18.进一步，在所述步骤（3）中，所述左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮速度误差sp.err (r)分别通过左foc软件模块和右foc软件模块的速度pi调节，得到左轮毂电机和右轮毂电机的iq电流基准值，公式如下：iq.ref(l) = sp.err (l) * kp + σ(sp.err (l) * ki) ; 所述iq.ref(l)为左轮毂电机的iq电流基准值；iq.ref(r) = sp.err (r) * kp +σ(sp.err (r) * ki) ; 所述iq.ref(r)为右轮毂电机的iq电流基准值。
19.进一步，在所述步骤（4）中，通过左轮毂电机的iq电流基准值和右轮毂电机的iq电流基准值，重新调整所述左车轮的左速度基准sp.ref(l)和右车轮的右速度基准sp.ref(r)，直至左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err(r)均为零，从而使方向偏差值dir.err＝０，最后所述左车轮和右车轮以相同的速度按照指定的方向前进。
20.由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：本发明为八轮全向电机驱动移动平台系统及其控制方法，本控制方法先将移动平
台设置四个车轮组件，每组车轮组件上均设有2个车轮，将2个车轮形成一组差速轮结构；并每个车轮都匹配有相应的功率驱动模块和foc软件模块；然后通过所述can数据解码模块传送并解码得到所述主控模块的所述车轮模组的方向基准值dir.ref和速度基准值sp.ref(all)，与方向角度传感器得到的方向反馈值dir.fback相比较，如果两者不相等，表示该组的车轮模组的方向有偏差。接着通过所述左foc软件模块和右foc软件模块，不断调整左车轮的左速度基准sp.ref(l1)和右车轮的右速度基准sp.ref(r1)，最终使左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err(r)均为零，从而使方向偏差值dir.err＝０，最后所述左车轮和右车轮以相同的速度按照指定的方向前进。与此同时，如果其他三组车轮存在方向误差，也按照上述的方式，从而使整个移动平台按照主控模块最开始设定的方向基准值dir.ref和速度基准值sp.ref(all)前进，运动过程可根据需要不断调整误差，使之达到主控模块既定的方向和速度完成运动。
附图说明
21.下面结合附图对本发明作进一步说明：图1为本发明实施例八轮全向电机驱动移动平台系统的结构示意图。
22.图2为本发明实施例移动平台前进的结构示意图。
23.图3为本发明实施例移动平台左转的结构示意图。
24.图4为本发明实施例移动平台左边直行的结构示意图。
25.图5为本发明实施例移动平台原地转圈的结构示意图。
26.图6为本发明实施例移动平台以底盘一定角度斜行的结构示意图
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
28.参看图1-6，八轮全向电机驱动移动平台系统，包括四个车轮组件，所述车轮组件的结构相同，且四个所述车轮组件均包括左轮毂电机、右轮毂电机、左功率驱动模块、右功率驱动模块、左foc软件模块和右foc软件模块，所述左轮毂电机和右轮毂电机分别连接有左车轮和右车轮，所述左车轮和右车轮形成车轮模组，所述左轮毂电机和右轮毂电机均连接有方向角度传感器，所述方向角度传感器连接有dir方向模块，所述dir方向模块连接有can数据解码模块，所述can数据解码模块连接主控模块，所述左轮毂电机连接有左功率驱动模块，所述左功率驱动模块连接有左foc软件模块，所述右轮毂电机连接有右功率驱动模块，所述右功率驱动模块连接有右foc软件模块，所述左foc软件模块和右foc软件模块均连接有can数据解码模块。
29.作为对本发明的进一步说明，四组车轮组件均为差动驱动组件，差动驱动组件包括有左车轮和右车轮，左车轮和左轮毂电机之间可设置左传动单元，右车轮和右轮毂电机之间可设置右传动单元，差动驱动组件的上述连接有固定板，固定板的上部连接有旋转轴，所述旋转轴的上部连接移动平台的底盘。
30.基于上述的移动平台，本发明还公开了八轮全向电机驱动移动平台系统的转向控制方法，包括以下步骤：（1）针对不同的运动方式，每组所述车轮模组的方向基准值dir.ref和速度基准值sp.ref(all)有可能相同，有可能不同。比如图3的左转，图5的原地转圈。此时的每组所述车轮模组的方向基准值dir.ref和速度基准值sp.ref(all)不同。下面以其中一组车轮组件举例说明。
31.先通过所述can数据解码模块传送并解码得到所述主控模块的第一组所述车轮模组的方向基准值dir.ref和速度基准值sp.ref(all)。然后通过所述方向角度传感器得到第一组所述车轮模组的方向反馈值dir.fback；最后通过上述的方向基准值dir.ref和方向反馈值dir.fback，得到所述车轮模组的方向误差值dir.err。通过上述的方式，先得到本组车轮的方向误差值dir.err，通过接下来的步骤调整轮组件的整体的方向误差。
32.具体的，在所述步骤（1）中，设定所述车轮模组指向主控模块的基准方式时，所述方向角度传感器输出方向反馈值dir.fback＝０，当所述车轮模组方向往0点左偏时，dir.fback为负数，当方向往0点右偏时，dir.fback为正数。
33.具体的，在所述步骤（1）中，所述车轮模组的方向误差值dir.err的计算公式如下：dir.err =dir.ref-dir.fback。
34.如果所述方向误差值dir.err为零时，反应了当前所述车轮模组的车轮方向正常运动。
35.如果所述方向误差值dir.err为正数时，反应了当前所述车轮模组的车轮偏左。
36.如果所述方向误差值dir.err为负数时，反应了当前所述车轮模组的车轮偏右。
37.（2）通过所述左foc软件模块和右foc软件模块的速度pi调节，分别调整左车轮和右车轮的转速，重新得到所述左车轮的左速度基准sp.ref(l)和右车轮的右速度基准sp.ref(r)。
38.具体的，在所述步骤（2）中，当方向基准值dir.ref减去方向反馈值dir.fback等于方向误差值dir.err。dir.err为正数时，反应了当前车轮偏左，此时把速度基准值sp.ref(all)，加上方向偏差值dir.err，作为左速度基准sp.ref(l)，即当前调整后的左车轮设定速度。同理的，此时把速度基准值sp.ref(all)，减去上方向偏差值dir.err，作为右速度基准sp.ref(r)，即当前调整后的右车轮设定速度。这样就会让左车轮比右车轮速度更快，使方向右转纠正并减小了偏差，当然为了方向的控制稳定，这个过程引用了ｐｉ调节，以达到更快更稳定的方向控制。这样不断地调整左速度基准sp.ref(l)和右车轮的右速度基准sp.ref(r)，直到方向偏差值dir.err为零，即可完成调整。
39.具体的，所述左车轮的左速度基准sp.ref(l)和右车轮的右速度基准sp.ref(r)的计算公式如下：sp.ref(l) = sp.ref(all) + dir.err * kp +σ(dir.err * ki) ；sp.ref(r) = sp.ref(all)
ꢀ‑ꢀ
dir.err * kp
ꢀ‑
σ(dir.err * ki)；其中，kp和ki为左foc软件模块和右foc软件模块的速度pi调节系数。
40.（3）先通过所述左轮毂电机的转子位置编码器和所述右轮毂电机的转子位置编码器，分别将左车轮实际的左车轮反馈速度sp.fback(l)和右车轮反馈速度sp.fback(l)传送给左foc软件模块和右foc软件模块，从而得到左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车
轮的右车轮速度误差sp.err (r)。
41.在所述步骤（3）中，所述左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err(r) 的计算公式如下：sp.err(l)=sp.ref(l)-sp.fback(l)；sp.err(r)=sp.ref(r)-sp.fback(r)；通过比较左速度基准sp.ref(l)和左车轮反馈速度sp.fback(l)的差值，及其右速度基准sp.ref(r)和右车轮反馈速度sp.fback(r) 的差值，分别得到所述左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err (r)。
42.在所述步骤（3）中，所述左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮速度误差sp.err (r)分别通过左foc软件模块和右foc软件模块的速度pi调节，得到左轮毂电机和右轮毂电机的iq电流基准值，公式如下：iq.ref(l) = sp.err (l) * kp + σ(sp.err (l) * ki) ; 所述iq.ref(l)为左轮毂电机的iq电流基准值；iq.ref(r) = sp.err (r) * kp +σ(sp.err (r) * ki) ; 所述iq.ref(r)为右轮毂电机的iq电流基准值。
43.由于调整方向误差值dir.err，需要通过左速度基准sp.ref(l)和右车轮的右速度基准sp.ref(r)来调整。而左速度基准sp.ref(l)和右车轮的右速度基准sp.ref(r)的调整依据来自于左车轮反馈速度sp.fback(l)和右车轮反馈速度sp.fback(l)，进而通过左foc软件模块和右foc软件模块，得到左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err (r)，通过左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err (r)，得到左轮毂电机的iq电流基准值和右轮毂电机的iq电流基准值。
44.（4）重复上述步骤（2）和步骤（3），不断地调整左轮毂电机的iq电流基准值和右轮毂电机的iq电流基准值，进而不断改变左速度基准sp.ref(l)和右车轮的右速度基准sp.ref(r)，直至左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err(r)均为零，从而使方向偏差值dir.err＝０，最后所述左车轮和右车轮以相同的速度按照指定的方向前进。
45.具体的，在所述步骤（4）中，通过左轮毂电机的iq电流基准值和右轮毂电机的iq电流基准值，重新调整所述左车轮的左速度基准sp.ref(l)和右车轮的右速度基准sp.ref(r)，直至左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err(r)均为零，从而使方向偏差值dir.err＝０，最后所述左车轮和右车轮以相同的速度按照指定的方向前进。
46.（5）按照上述步骤（1）至步骤（4）的方式，调整其他三组所述车轮模组的车轮，使所述移动平台按照设定的方向进行转动。
47.以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

技术特征：
1.八轮全向电机驱动移动平台系统，包括四个车轮组件，所述车轮组件的结构相同，其特征在于：且四个所述车轮组件均包括左轮毂电机、右轮毂电机、左功率驱动模块、右功率驱动模块、左foc软件模块和右foc软件模块，所述左轮毂电机和右轮毂电机分别连接有左车轮和右车轮，所述左车轮和右车轮形成车轮模组，所述左轮毂电机和右轮毂电机均连接有方向角度传感器，所述方向角度传感器连接有dir方向模块，所述dir方向模块连接有can数据解码模块，所述can数据解码模块连接主控模块，所述左轮毂电机连接有左功率驱动模块，所述左功率驱动模块连接有左foc软件模块，所述右轮毂电机连接有右功率驱动模块，所述右功率驱动模块连接有右foc软件模块，所述左foc软件模块和右foc软件模块均连接有can数据解码模块。2.如权利要求1所述的八轮全向电机驱动移动平台系统的转向控制方法，其特征在于包括以下步骤：（1）先通过所述can数据解码模块传送并解码得到所述主控模块的第一组所述车轮模组的方向基准值dir.ref和速度基准值sp.ref(all)；然后通过所述方向角度传感器得到第一组所述车轮模组的方向反馈值dir.fback；最后通过上述的方向基准值dir.ref和方向反馈值dir.fback，得到所述车轮模组的方向误差值dir.err；（2）通过所述左foc软件模块和右foc软件模块的速度pi调节，分别调整左车轮和右车轮的转速，重新得到所述左车轮的左速度基准sp.ref(l)和右车轮的右速度基准sp.ref(r)；（3）先通过所述左轮毂电机的转子位置编码器和所述右轮毂电机的转子位置编码器，分别将左车轮实际的左车轮反馈速度sp.fback(l)和右车轮反馈速度sp.fback(l)传送给左foc软件模块和右foc软件模块，从而得到左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err (r)；（4）重复上述步骤（2）和步骤（3），直至左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err(r)均为零，从而使方向偏差值dir.err＝０，最后所述左车轮和右车轮以相同的速度按照指定的方向前进；（5）按照上述步骤（1）至步骤（4）的方式，调整其他三组所述车轮模组的车轮，使所述移动平台按照设定的方向进行转动。3.根据权利要求2所述的八轮全向电机驱动移动平台系统的转向控制方法，其特征在于：在所述步骤（1）中，设定所述车轮模组指向主控模块的基准方式时，所述方向角度传感器输出方向反馈值dir.fback＝０，当所述车轮模组方向往0点左偏时，dir.fback为负数，当方向往0点右偏时，dir.fback为正数。4.根据权利要求2或3所述的八轮全向电机驱动移动平台系统的转向控制方法，其特征在于：在所述步骤（1）中，所述车轮模组的方向误差值dir.err的计算公式如下：dir.err =dir.ref-dir.fback;如果所述方向误差值dir.err为零时，反应了当前所述车轮模组的车轮方向正常运动；如果所述方向误差值dir.err为正数时，反应了当前所述车轮模组的车轮偏左；如果所述方向误差值dir.err为负数时，反应了当前所述车轮模组的车轮偏右。5.根据权利要求4所述的八轮全向电机驱动移动平台系统的转向控制方法，其特征在于：在所述步骤（2）中，所述左车轮的左速度基准sp.ref(1)和右车轮的右速度基准sp.ref
(1)的计算公式如下：sp.ref(l) = sp.ref(all) + dir.err * kp +σ(dir.err * ki) ;sp.ref(r) = sp.ref(all)
ꢀ‑ꢀ
dir.err * kp
ꢀ‑
σ(dir.err * ki) ;其中，kp和ki为左foc软件模块和右foc软件模块的速度pi调节系数。6.根据权利要求5所述的八轮全向电机驱动移动平台系统的转向控制方法，其特征在于：在所述步骤（3）中，所述左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err(r) 的计算公式如下：sp.err(l)=sp.ref(l)-sp.fback(l)；sp.err(r)=sp.ref(r)-sp.fback(r)；通过比较左速度基准sp.ref(l)和左车轮反馈速度sp.fback(l)的差值，及其右速度基准sp.ref(r)和右车轮反馈速度sp.fback(r) 的差值，分别得到所述左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err (r)。7.根据权利要求6所述的八轮全向电机驱动移动平台系统的转向控制方法，其特征在于：在所述步骤（3）中，所述左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮速度误差sp.err (r)分别通过左foc软件模块和右foc软件模块的速度pi调节，得到左轮毂电机和右轮毂电机的iq电流基准值，公式如下：iq.ref(l) = sp.err (l) * kp + σ(sp.err (l) * ki) ; 所述iq.ref(l)为左轮毂电机的iq电流基准值；iq.ref(r) = sp.err (r) * kp +σ(sp.err (r) * ki) ; 所述iq.ref(r)为右轮毂电机的iq电流基准值。8.根据权利要求7所述的八轮全向电机驱动移动平台系统的转向控制方法，其特征在于：在所述步骤（4）中，通过左轮毂电机的iq电流基准值和右轮毂电机的iq电流基准值，重新调整所述左车轮的左速度基准sp.ref(l)和右车轮的右速度基准sp.ref(r)，直至左车轮的左车轮速度误差sp.err (l)和右车轮的右车轮速度误差sp.err(r)均为零，从而使方向偏差值dir.err＝０，最后所述左车轮和右车轮以相同的速度按照指定的方向前进。

技术总结
本发明涉及驱动轮技术控制领域，具体涉及八轮全向电机驱动移动平台系统及其控制方法。包括四个车轮组件，四个车轮组件均包括左轮毂电机和右轮毂电机，左轮毂电机和右轮毂电机分别连接有左车轮和右车轮，左车轮和右车轮形成车轮模组，左轮毂电机和右轮毂电机均连接有方向角度传感器，方向角度传感器连接有DIR方向模块，DIR方向模块连接有CAN数据解码模块，CAN数据解码模块连接主控模块，左轮毂电机通过左功率驱动模块连接有左FOC软件模块，右轮毂电机通过右功率驱动模块连接有右FOC软件模块。使整个移动平台按照主控模块最开始设定的方向基准值和速度基准值前进，运动过程可根据需要不断调整误差，使之达到主控模块既定的方向和速度完成运动。和速度完成运动。和速度完成运动。


技术研发人员：请求不公布姓名 江先武 刘文迅 翟春蓓 江军 杨得运
受保护的技术使用者：杭州龙蓓格科技有限公司
技术研发日：2023.02.25
技术公布日：2023/8/14