激光测距双车联动控制实验

1.实验平台介绍

正如8.2.2节介绍的利用两个激光测距仪可以间接近似测量两辆Mecanum轮全方位移动机器人在行驶过程中产生的误差（Δx，Δy，Δθ）。根据上述原理，本节搭建基于激光测距仪的双车联动实验平台。该实验平台主要由两辆采用悬架竖直放置方式实现减振的Mecanum轮全方位移动机器人、两个激光测距仪、PCM-3718HO数据采集卡等组成。本方案中将两个激光测距仪通过两个夹持器分别固定在主车的车轮架上，为了防止夹持器损坏激光测距仪，在激光测距仪与夹持器的接触受力侧外加一个弹性体，这样就可以通过夹持器来固定激光测距仪，如图8-21（a）所示。由8.2.2节介绍的激光测距仪测量原理可知，激光测距仪只有照到配套的反射薄纸上才能准确测量位移，否则激光测距仪系统将默认测到的位移为系统自学习设置的最大位移，所以在从车的前端贴上两张反射薄纸，如图8-21（b）。当给激光测距仪通电之后，会在反射薄纸上产生两个红色光斑，通过反射薄纸上的红色光斑来调节激光测距仪的位置，因为只有当激光测距仪的红色光斑落在反射纸上才可以测量位移，所以为了提高测量范围，调节激光测距仪的位置使激光测距仪的照射点落在反射薄纸的中心，同时调整两个激光测距仪的高度，使反射纸上的红色光斑尽量在同一个高度上以减少测量误差。当调整好激光测距仪的高度后，就可以调整主从车的初始位置，当运动模式切换到双车时，激光测距仪就能测出此时双车的位置，主机把此位移当作双车的理想位移，这样就可以通过激光测距仪测出双车在运动过程中的偏差，来实现调整从车速度，实现双车联动控制。

图8-21　激光测距仪的双车联动实验平台

2.基于激光测距仪的从车补偿速度PD参数调节

在对利用激光测距仪来实现双车联动控制方法中，也是通过用凑试法来分别确定X方向、Y方向与相对偏转角度三个方向的PD的参数。在凑试时，也是通过先比例再微分的整定步骤，调节各个参数直到从车的调整达到理想状态为止。

如图8-22所示为不同PD参数条件下X方向的位移偏差变化。图8-22（a）中，分别表示当kpx=0.1，0.2，0.5时两车在运动过程中X方向的位移偏差变化，通过对比发现当kpx=0.2时两车之间位移偏差超调量较小，曲线振动相对稳定。但当kpx=0.2时，从图中可以看出有很多波峰尖点，为了消除这些振荡剧烈的点，加入了微分环节。图8-22（b）分别表示kdx=0.1，0.2，1时两车之间的X方向的位移偏差，当kdx=0.2时系统更加稳定。综上所述，X方向的PD参数分别为kpx=0.2，kdx=0.2，X方向的误差调整达到最佳状态。

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图8-22　不同PD参数条件下X方向的位移偏差图

如图8-23所示的是不同PD参数条件下Y方向的位移偏差变化。图8-23（a）中，通过对比kpy=0.1，0.35，0.5时Y方向的位移偏差可知，当kpy=0.35时，振荡曲线达到最好状态。图8-23（b）中，在比例环节中加入了微分环节，当kdy=0.1，0.2，0.5时，通过比较发现，kdy=0.2时，减少了系统振荡，增加了稳定性。综上所述，Y方向的PD参数分别为kpy=0.35，kdy=0.2，Y方向的误差调整达到最佳状态。

图8-24所示的是不同PD参数条件下两车相对旋转角度变化值。图8-24（a）中可以看出当kpw=0.1时，主从车相对旋转角度偏差越来越大，5秒之后，由于所选取的比例环节参数较小，导致两车之间的偏差越来越大，这样激光测距仪的照射点落在反射薄纸之外，导致角度有一个突变。当kpw=0.5时，所取的比例系数较大，系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。相比于kpw=0.1和kpw=0.5，当kpw=0.3时，双车在运动过程中的相对旋转角度变化值振荡曲线达到最好状态。图8-24（b）中，在比例环节上加入微分环节，当kdw=0.1时，减少了系统的超调量，增加了稳定性。综上所述，调整双车之间相对旋转角度方向的PD参数分别为kpw=0.3，kdw=0.1，旋转角度的误差调整达到最佳状态。

图8-23　不同PD参数条件下Y方向的位移偏差图

图8-24　不同PD参数条件下相对旋转角度变化

本章讨论了多个Mecanum轮全方位移动机器人协同运动的控制技术，分析了多机器人编队协同控制的类型和方法，设计了三维位移传感器和激光测距偏差测量系统，实现了多个Mecanum轮全方位移动机器人相对运动误差数据的测量。通过双机器人联动控制实验，介绍了多机器人协同运动误差的修正控制方法，为多车协同运行提供了工程化实现方法。