[發明專利]平衡裝置、方法和兩輪機器人

無效

• 申請號: 201010534303.3
• 申請日: 2010-11-03
• 公開（公告）號: CN101980094A
• 公開（公告）日: 2011-02-23
• 發明（設計）人: 高學山;黃強;李潮全;戴福全;邵潔;白陽
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京友聯知識產權代理事務所(普通合伙) 11343
• 代理人: 尚志峰;汪海屏

技術領域

本發明涉及兩輪機器人技術領域，具體而言，涉及一種維持兩輪機器人平衡的平衡裝置、方法，以及一種自動維持平衡的兩輪機器人。

背景技術

在餐館、辦公室、醫院、展會現場、大型會議集合大廳、車站及機場大廳等人員經常走動的地方，迫切需要一種可運送食品、物品、藥品、資料等任務的小型且移動靈活的自動化作業工具，例如，小型的輪式移動機器人。

目前，應用于服務的輪式移動機器人均為多輪(三輪或三輪以上)移動機器人，其至少需要三個行走腳輪，缺點是：①控制系統無法控制驅動系統實現原地轉彎，不利于在狹小空間內執行對靈活性要求比較高的任務；②當重心高于機器人的支撐機構時，機器人的穩定性急速下降，在運動過程中、加速或減速的狀態下重心會跳出由支撐機構組成封閉多邊形，造成系統整體失穩，進而傾翻。

因此，相對于以上的多輪機器人，兩輪機器人有著更高的適用性。現有技術中，存在一種兩輪直立式機器人本體的結構，包括：頭部、機身、基座，其中，頭部與機身通過第一彈簧連接，機身與基座通過第二彈簧連接，基座的底部左右兩側分別連接有左足輪和右足輪，帶動整個機器人本體移動。為該兩輪機器人設置負載機構，即可以將該機器人應用于服務場合，而使該兩輪機器人維持平衡則是保證機器人能順利工作的重要前提?，F有技術中，應用于該機器人結構的平衡方式的缺點是：不能實現兩輪機器人的負載變化的情況下的自平衡。

因此，需要一種平衡方式，能夠使兩輪機器人在其負載變化的情況下，動態地保持平衡。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種平衡方式，能夠使兩輪機器人在其負載變化的情況下，動態地保持平衡。

有鑒于此，本發明提供一種用于維持兩輪機器人平衡的平衡裝置，包括：測量模塊，實時測量所述兩輪機器人上的擺桿與豎直方向的夾角，其中，所述兩輪機器人的容器通過所述擺桿與所述兩輪機器人的箱體連接，所述容器用于裝載物品；控制模塊，根據所述夾角，對所述每個車輪的對應驅動電機的電樞電壓進行調整，以使所述兩輪機器人維持平衡。

在上述技術方案中，優選地，所述測量模塊通過陀螺儀來實時測量所述夾角。

在上述技術方案中，優選地，所述測量模塊還測量所述容器和所述物品的質量和，測量所述每個車輪的瞬時轉速，以及計算所述容器和所述物品的共同重心至所述兩輪機器人的兩個車輪的軸線的距離，其中，所述兩個車輪具有同一軸線；所述控制模塊根據所述夾角、所述質量和、所述瞬時轉速和所述距離，來建立平衡關系，并根據所述平衡關系來調節所述電樞電壓。

在上述技術方案中，優選地，所述測量模塊通過位于所述對應驅動電機上的質量傳感器來測量所述質量和，通過所述對應驅動電機的碼盤來測量所述瞬時轉速。

在上述技術方案中，優選地，所述控制模塊還結合所述對應驅動電機的轉矩變化量、速度常數、減速比，以及所述擺桿受到的外部干擾力、所述兩輪機器人的傳動系統的靜摩擦力矩，來建立所述平衡關系，其中，所述外部干擾力、所述靜摩擦力矩預先設置完成。

在上述技術方案中，優選地，還包括：設置模塊，供設置所述外部干擾力和所述靜摩擦力矩。

本發明還提供一種自動維持平衡的兩輪機器人，包括上述平衡裝置。

本發明還提供一種用于維持兩輪機器人平衡的平衡方法，包括：步驟S202，實時測量所述兩輪機器人上的擺桿與豎直方向的夾角，其中，所述兩輪機器人的容器通過所述擺桿與所述兩輪機器人的箱體連接，所述容器用于裝載物品；步驟S204，根據所述夾角，對所述每個車輪的對應驅動電機的電樞電壓進行調整，以使所述兩輪機器人維持平衡。

在上述技術方案中，優選地，在所述步驟S202中，還測量所述容器和所述物品的質量和，測量所述每個車輪的瞬時轉速，以及計算所述容器和所述物品的共同重心至所述兩輪機器人的兩個車輪的軸線的距離，其中，所述兩個車輪具有同一軸線；在所述步驟S204中，根據所述夾角、所述質量和、所述瞬時轉速和所述距離，來建立平衡關系，并根據所述平衡關系來調節所述電樞電壓。

在上述技術方案中，優選地，通過陀螺儀來實時測量所述夾角，通過位于所述對應驅動電機上的質量傳感器來測量所述質量和，通過所述對應驅動電機的碼盤來測量所述瞬時轉速。

通過上述技術方案，可以實現一種維持兩輪機器人平衡的平衡裝置、方法，以及一種自動維持平衡的兩輪機器人，能夠使兩輪機器人在其負載變化的情況下，動態地保持平衡。

附圖說明

圖1是根據本發明的一個實施例的維持兩輪機器人平衡的平衡裝置的框圖：

圖2是根據本發明的一個實施例的維持兩輪機器人平衡的平衡方法的流程圖；