[發(fā)明專利]直立平衡機器人

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510436252.3
• 申請日: 2015-07-23
• 公開（公告）號: CN104932508A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥揚帆通信元器件有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可供教學(xué)使用的直立平衡機器人。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中并無一種專門針對教學(xué)使用的專用直立機器人。因此，有必要開發(fā)一種相應(yīng)的機器人產(chǎn)品，以供學(xué)生快速學(xué)習(xí)機器人技術(shù)使用。

發(fā)明內(nèi)容

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種直立平衡機器人，其能夠同時滿足教學(xué)和娛樂的使用要求。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

直立平衡機器人，包括整體成直立狀態(tài)的機身，機身的內(nèi)部設(shè)有用于檢測角度值的加速度計、用于檢測角速度值的陀螺儀以及集成步進電機驅(qū)動單元的控制模塊，機身下端的兩側(cè)設(shè)有用于與地面接觸的兩個滾輪，機身內(nèi)部設(shè)有分別單獨驅(qū)動兩個滾輪轉(zhuǎn)動的兩組步進電機，所述機身的兩側(cè)設(shè)有受控制模塊控制活動的活動臂，所述控制模塊基于加速度計和陀螺儀的檢測量經(jīng)過濾波、計算后得到角度值和角速度值，利用角度值和角速度值進行PD控制產(chǎn)生兩個用于控制電機轉(zhuǎn)動的輸出量，通過步進電機驅(qū)動單元控制步進電機工作。

作為優(yōu)選的實施方式，所述用于與外部通訊的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與控制模塊電氣連接。

作為優(yōu)選的實施方式，所述機身的外部設(shè)有溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器和聲音傳感器，溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器和聲音傳感器的輸出端與控制模塊連接。

作為優(yōu)選的實施方式，所述機身的外部設(shè)有用于感應(yīng)其他機器人的感受傳感器，感受傳感器的輸出端與控制模塊連接。進一步，所述活動臂上安裝有聲光槍，機身正面感應(yīng)到其他機器人時聲光槍點亮。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過控制兩個電機的轉(zhuǎn)動能夠精確地控制機器人保持直立平衡；其整體為人形造型，具有仿生外形效果；控制模塊集成有步進電機驅(qū)動單元，不需要設(shè)置傳統(tǒng)的大電機驅(qū)動器，減小了機器人本身的體積，降低功耗；此機器人能夠進一步配置使得具有娛樂功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體外觀結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖。

符號說明：1-機身，2-滾輪，3-步進電機，4-活動臂，5-加速度計，6-陀螺儀，7-控制模塊，8-無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，9-環(huán)境傳感器，10-感受傳感器。

具體實施方式

下面參照附圖并結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。

參照圖1，本發(fā)明的直立平衡機器人整體為人形造型，外觀上包括機身1、兩個滾輪2以及兩組分別用于控制滾輪2轉(zhuǎn)動的步進電機3。機身1整體成直立狀態(tài)。工作時，步進電機3控制兩個滾輪2不同的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)機器人直立平衡移動和轉(zhuǎn)動。另外，機身1的兩側(cè)還設(shè)有可活動的活動臂4，在控制下活動臂4能夠?qū)崿F(xiàn)各種動作。

如圖2所示，機器人內(nèi)設(shè)有加速度計5、陀螺儀6、控制模塊7等。加速度計5用于檢測機身的角度值，陀螺儀6用于檢測機身的角速度值。控制模塊7內(nèi)集成有步進電機驅(qū)動單元，因此控制模塊7能夠直接驅(qū)動步進電機3工作，不需要設(shè)置額外的驅(qū)動器。工作時，控制模塊7基于加速度計5和陀螺儀6的檢測量經(jīng)過濾波、計算后得到角度值和角速度值，利用角度值和角速度值進行PD控制產(chǎn)生兩個用于控制電機轉(zhuǎn)動的輸出量，通過步進電機驅(qū)動單元控制步進電機工作。

實際機器人中使用的角度和角速度計算方法如下：

float?Angle?=?0,?Angle_dot?=?0;

float?Q_angle=0.001,?Q_gyro=0.003,?R_angle=0.67,?dt=0.0025;

float?P[2][2]?={{?1,?0?},{?0,?1?}};

char??C_0?=?1;

float?E?=?0;

float?q_bias?=?0;

float?Angle_err?=?0;

float?PCt_0?=?0,?PCt_1?=?0;

float?K_0?=?0,?K_1?=?0;

float?t_0?=?0,?t_1?=?0;

float?Pdot[4]?={0,0,0,0};

void?filter(float?angle_m,float?gyro_m)

{

??Angle?+=?(gyro_m-q_bias)?*?dt;

??Pdot[0]=Q_angle?-?P[0][1]?-?P[1][0];

??Pdot[1]=-?P[1][1];

??Pdot[2]=-?P[1][1];

??Pdot[3]=Q_gyro;