一种移动机器人碰撞缓冲姿态恢复控制方法及系统与流程

本发明涉及移动机器人控制，尤其涉及一种移动机器人碰撞缓冲姿态恢复控制方法及系统。

背景技术：

1、在移动机器人控制技术领域内，移动机器人在仓储搬运、巡检、配送和工厂移动作业等场景中，通常通过激光雷达、视觉传感器、超声波传感器、碰撞传感器、惯性测量单元和轮速检测组件进行环境感知、位姿检测、路径规划和运动控制。现有方案一般在碰撞前通过障碍物识别和路径规划避让障碍物，在发生碰撞时通过机械缓冲结构、急停控制或报警机制减小碰撞影响，并在碰撞后依据路径偏差、姿态角偏差或电机输出状态进行运行校正。此类方案在常规行驶场景下能够完成基础避障、急停保护和轨迹纠偏，但在移动机器人已经发生碰撞且碰撞缓冲结构处于压缩、回弹或未复位状态的场景下，容易出现缓冲结构状态与行驶恢复控制不同步、底盘姿态偏移与驱动轮附着状态判断分离、恢复控制指令与实际碰撞后状态难以匹配等限制。

2、现有方案多依赖碰撞判定结果、预设避障路径、位姿校正参数或电机转速校正参数进行处理。当碰撞缓冲结构仍处于压缩吸能、保持或回弹复位过程时，机器人底盘可能同时出现横滚角、俯仰角、偏航角的突变，驱动轮也可能出现轮速差异常、电机电流波动、滑移率变化或轮地附着不足。若仅根据碰撞触发信号或路径偏差进行恢复控制，缓冲结构的复位状态与后续姿态恢复控制、驱动轮控制之间缺少稳定衔接，容易造成恢复时机判断滞后、恢复控制状态不一致和控制参数接续不连续。

3、针对移动机器人碰撞后碰撞缓冲阶段、缓冲复位状态、底盘姿态偏移和驱动轮附着异常的联合处理，现有技术仍存在状态识别、联动判定、互锁控制和下一控制周期参数更新之间的共性短板。因此，需要围绕移动机器人碰撞后的姿态恢复控制场景，解决如何在移动机器人碰撞后，基于碰撞缓冲阶段、缓冲复位状态、姿态偏移结果和驱动轮附着异常标记，生成姿态恢复控制指令的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种移动机器人碰撞缓冲姿态恢复控制方法，包括：

2、s100、响应于移动机器人的碰撞触发信号，获取碰撞缓冲结构的缓冲状态数据、机器人底盘的底盘姿态状态数据以及驱动轮运行状态数据，并按照碰撞触发时刻进行时间对齐，生成碰撞后状态集合；

3、s200、基于所述碰撞后状态集合中的缓冲状态数据进行压缩状态、回弹状态和复位状态识别，生成碰撞缓冲阶段和缓冲复位状态；

4、s300、基于所述碰撞后状态集合中的底盘姿态状态数据和驱动轮运行状态数据，并以所述碰撞缓冲阶段作为状态约束进行姿态偏移判断和附着状态判断，生成姿态偏移结果和驱动轮附着异常标记；

5、s400、基于所述碰撞缓冲阶段、所述缓冲复位状态、所述姿态偏移结果和所述驱动轮附着异常标记，并以所述缓冲复位状态作为互锁条件，生成姿态恢复控制指令；

6、s500、执行所述姿态恢复控制指令，获取姿态反馈、驱动轮反馈和缓冲复位反馈，并根据所述姿态反馈、所述驱动轮反馈和所述缓冲复位反馈更新下一控制周期的恢复控制参数。

7、进一步地，所述缓冲状态数据包括所述碰撞缓冲结构的压缩位移、压缩速度、回弹速度、限位状态、缓冲复位状态和碰撞区域标识；所述碰撞区域标识由碰撞缓冲结构中被触发的缓冲组件位置生成。

8、进一步地，所述底盘姿态状态数据包括横滚角、俯仰角、偏航角、角速度、线加速度和姿态突变量；所述驱动轮运行状态数据包括轮速、轮速差、电机电流、电机转矩和滑移率。

9、进一步地，所述基于所述碰撞后状态集合中的缓冲状态数据进行压缩状态、回弹状态和复位状态识别，生成碰撞缓冲阶段和缓冲复位状态，包括：

10、基于压缩位移和压缩速度生成压缩状态；基于回弹速度和限位状态生成回弹状态；基于压缩位移与缓冲复位阈值的比较结果生成复位状态；按照所述压缩状态、所述回弹状态和所述复位状态的组合关系，生成碰撞缓冲阶段和缓冲复位状态。

11、进一步地，所述姿态偏移结果由横滚角变化量、俯仰角变化量、偏航角变化量和角速度变化量进行偏移类型映射得到；所述姿态偏移结果包括前倾偏移、后仰偏移、侧倾偏移、偏航突变偏移和复合偏移。

12、进一步地，所述驱动轮附着异常标记由轮速差、电机电流变化量、电机转矩变化量和滑移率分别与附着异常阈值进行比较得到；所述驱动轮附着异常标记包括驱动轮打滑标记、驱动轮附着不足标记和驱动轮运行异常标记。

13、进一步地，所述姿态恢复控制指令包括限速指令、限扭指令、驱动轮差速补偿指令、转向修正指令、反向退让指令、缓冲复位等待指令、减震阻尼调节指令和安全停机指令。

14、进一步地，所述以所述缓冲复位状态作为互锁条件，生成姿态恢复控制指令，包括：在所述缓冲复位状态未满足缓冲复位阈值的情况下，生成缓冲复位等待指令或反向退让指令；

15、在所述在所述缓冲复位状态为复位完成状态的情况下，且所述姿态偏移结果满足姿态偏差收敛条件的情况下，生成恢复行驶控制指令；在所述驱动轮附着异常标记表示驱动轮附着异常持续的情况下，生成限速指令、限扭指令或安全停机指令。

16、进一步地，所述根据所述姿态反馈、所述驱动轮反馈和所述缓冲复位反馈更新下一控制周期的恢复控制参数，包括：基于所述姿态反馈中的姿态偏差收敛量、所述驱动轮反馈中的轮速差变化量和电机电流变化量、所述缓冲复位反馈中的复位完成标记，生成恢复状态标记；在所述恢复状态标记为未完成恢复状态的情况下，更新下一控制周期的限速参数、限扭参数和驱动轮差速补偿参数；在所述恢复状态标记为完成恢复状态的情况下，更新下一控制周期的恢复行驶参数。

17、本发明还提供一种移动机器人碰撞缓冲姿态恢复控制系统，包括：

18、碰撞后状态生成模块，用于响应于移动机器人的碰撞触发信号，获取碰撞缓冲结构的缓冲状态数据、机器人底盘的底盘姿态状态数据以及驱动轮运行状态数据，并按照碰撞触发时刻进行时间对齐，生成碰撞后状态集合；

19、碰撞缓冲阶段识别模块，连接所述碰撞后状态生成模块，用于基于所述碰撞后状态集合中的缓冲状态数据进行压缩状态、回弹状态和复位状态识别，生成碰撞缓冲阶段和缓冲复位状态；

20、姿态偏移与附着状态判断模块，连接所述碰撞后状态生成模块和所述碰撞缓冲阶段识别模块，用于基于所述碰撞后状态集合中的底盘姿态状态数据和驱动轮运行状态数据，并以所述碰撞缓冲阶段作为状态约束进行姿态偏移判断和附着状态判断，生成姿态偏移结果和驱动轮附着异常标记；

21、姿态恢复控制指令生成模块，连接所述碰撞缓冲阶段识别模块和所述姿态偏移与附着状态判断模块，用于基于所述碰撞缓冲阶段、所述缓冲复位状态、所述姿态偏移结果和所述驱动轮附着异常标记，并以所述缓冲复位状态作为互锁条件，生成姿态恢复控制指令；

22、执行反馈更新模块，连接所述姿态恢复控制指令生成模块，用于执行所述姿态恢复控制指令，获取姿态反馈、驱动轮反馈和缓冲复位反馈，并根据所述姿态反馈、所述驱动轮反馈和所述缓冲复位反馈更新下一控制周期的恢复控制参数。

23、本发明的关键创新点包括：

24、（1）将碰撞缓冲结构的缓冲状态数据与碰撞触发时刻关联，基于压缩状态、回弹状态和复位状态识别碰撞缓冲阶段及缓冲复位状态，使碰撞缓冲结构的压缩、回弹和复位过程成为后续姿态恢复控制的状态输入。

25、（2）以碰撞缓冲阶段作为状态约束，将机器人底盘的底盘姿态状态数据与驱动轮运行状态数据进行联动判断，生成姿态偏移结果和驱动轮附着异常标记，使姿态偏移判断与驱动轮附着状态判断处于同一碰撞后状态链路中。

26、（3）以缓冲复位状态作为互锁条件，将碰撞缓冲阶段、缓冲复位状态、姿态偏移结果和驱动轮附着异常标记共同用于生成姿态恢复控制指令，并根据姿态反馈、驱动轮反馈和缓冲复位反馈更新下一控制周期的恢复控制参数。

27、以下为其主要的有益效果：

28、（1）针对现有方案中缓冲结构状态与行驶恢复控制不同步的问题，将压缩状态、回弹状态和复位状态用于识别碰撞缓冲阶段及缓冲复位状态，使恢复控制能够区分缓冲结构处于压缩吸能、回弹复位或复位完成的不同状态，减少缓冲结构未复位时直接进入恢复行驶的情况。

29、（2）针对现有方案中底盘姿态偏移与驱动轮附着状态判断分离的问题，将碰撞缓冲阶段作为状态约束，并联动底盘姿态状态数据和驱动轮运行状态数据，形成姿态偏移结果和驱动轮附着异常标记，使后续姿态恢复控制指令能够同时对应底盘姿态变化和驱动轮附着异常。

30、（3）针对现有方案中恢复控制指令与实际碰撞后状态难以匹配的问题，将缓冲复位状态作为互锁条件，并结合姿态偏移结果和驱动轮附着异常标记生成姿态恢复控制指令，再通过姿态反馈、驱动轮反馈和缓冲复位反馈更新下一控制周期的恢复控制参数，使碰撞后恢复控制在多个控制周期内保持连续衔接。