[發明專利]一種雙輪機器人的自由舞步生成方法無效

申請號：	201210135643.8	申請日：	2012-05-03
公開（公告）號：	CN102707717A	公開（公告）日：	2012-10-03
發明（設計）人：	于建均;楊瓊;阮曉鋼;孫亮;王冠偉;杜洪偉;周路	申請（專利權）人：	北京工業大學
主分類號：	G05D1/02	分類號：	G05D1/02
代理公司：	北京思海天達知識產權代理有限公司 11203	代理人：	魏聿珠
地址：	100124 ***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種雙輪機器人自由舞步生成方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種雙輪機器人的舞步規劃方法，屬于智能機器人領域。它利用狀態流程控制和事件驅動實現雙輪機器人的自由舞步生成。

背景技術

雙輪自平衡機器人屬于輪式移動機器人，源于倒立擺。其兩輪共軸，獨立驅動，通過相關控制策略實現其動態平衡。雙輪自平衡機器人運動靈活、結構簡單，兩輪差動輸入，具有零回轉半徑和U型回轉等優點，并且適合在狹小和危險的空間內工作，應用前景廣泛。

機器人運動規劃問題是機器人基本的研究內容。舞步規劃屬于軌跡規劃的范疇，是在無碰撞或無障礙的前提下，規劃機器人按照一定的軌跡運動，以模擬人的舞步行為。目前，在機器人舞步規劃技術中，普遍采用的是動作示教法(動作→數據)，即先直觀的將機器人擺置成預想的舞步動作，再將此動作對應的電機各參數記錄下來，按照時間排列形成動作數據文件。這種方法局限性在于，必須在舞蹈機器人機械結構和控制程序都完成后才能進行，需要配套的硬件平臺和相關的軟件，實施成本較高，開發周期長。

本發明提出了一種雙輪機器人舞步行為模型，并基于該模型設計了一種自由舞步生成方法，基于該方法，機器人能夠跟隨節拍自由舞蹈。模塊化的設計簡潔清晰，設計與調試時間大幅度減少，成本降低，動作的可控性增強。

發明內容

本發明提出一種雙輪機器人舞步行為模型，并基于該模型設計了一種的自由舞步生成方法，雙輪機器人由兩個車輪、直流電動機、DSP主控制器、姿態傳感器、編碼器、電機驅動和電源組成。為了減輕機器人重量，且使機械結構更加緊湊，機器人的底盤采用塑料水晶板進行切割加工而成，電池固定于底盤上部，兩個車輪同軸并用鋁制角鐵與直流電動機分別固定于底盤兩側。機器人等角軸側結構圖和仰視圖分別如圖1和圖2所示。機器人機身安裝有DSP主控器、姿態傳感器、電機驅動板、電源管理板、編碼器等，各配件均用銅柱固定于機器人軀干部分。

機器人的電氣連接圖如附圖3所示。本發明涉及的機器人電氣結構分為4個模塊：主控模塊，傳感器模塊，執行模塊和電源模塊。主控模塊選擇TMS320F28335芯片，該芯片提供了88個多功能引腳，它們被分成3組，即3部分32位的I/O口，用戶可以將這些引腳作為片內外設的輸入/輸出引腳，也可將它們用作數字I/O口。傳感器模塊選用5自由度慣性導航傳感器IMU5，5個自由度分別與主控器5個ADCIN口連接。執行模塊選用金屬齒輪大扭矩減速電機，額定電壓6v，功率3w，扭力6kg*cm，定轉速：150轉/分，量：85克，電機后端輸出軸長為8毫米，方便測速。采用2個數字I/O口控制電機的轉向，將其設置成通用輸出口，通過改變端口的輸出狀態1或0，實現電機的正反轉。同時需要兩路PWM信號分別控制左右兩個電機，因此選用2路ePWM2功能模塊執行這一功能。電源模塊采用9V直流電池與電源管理器(9V轉3.3V，5V)相連，給整個系統供電。

本發明涉及的機器人舞步行為狀態機為一個五元組

M＝{Q，T，δ，q₀，D}。

其中，

(1)Q為機器人行為狀態集合，包括靜止、前進、后退、轉向這幾種基本的狀態；

Q＝{S，F，B，L，R}

其中，

S表示機器人靜止；

F表示機器人前進；

B表示機器人后退；

L表示機器人左轉；

R表示機器人右轉。

以上所述旋轉方向均表示俯視視角中機器人的旋轉方向。