[發明專利]基于軌道信息的兩輪自平衡小車控制系統及方法

在審

• 申請號: 201610269942.9
• 申請日: 2016-04-27
• 公開（公告）號: CN105759823A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 李銳;潘宗春;王小剛
• 申請（專利權）人: 長江大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務所(普通合伙) 42212
• 代理人: 胡清堂

1.一種基于軌道信息的兩輪自平衡小車控制系統，其特征在于，包括，

用于采集平衡小車姿態傾角信息的傾角采集模塊(10)；

用于采集道路視頻信息的圖像采集模塊(20)；

用于采集自平衡小車的兩車輪速度信息的速度采集模塊(30)；

用于控制自平衡小車的兩車輪速度的速度控制模塊(40)；

以及一控制模塊(50)，所述控制模塊(50)的輸入端分別與所述傾角采集模塊(10)、圖像采集模塊(20)、速度采集模塊(30)的輸出端連接，所述控制模塊(50)的輸出端與所述速度控制模塊(40)的輸入端連接。

2.根據權利要求1所述基于軌道信息的兩輪自平衡小車控制系統，其特征在于，所述圖像采集模塊(20)與傾角采集模塊(10)的輸出端均通過一A/D轉換模塊(60)與控制模塊(50)的輸入端連接。

3.根據權利要求1所述基于軌道信息的兩輪自平衡小車控制系統，其特征在于，所述速度采集模塊(30)的輸出端通過一波形整形模塊(70)與控制模塊(50)的輸入端連接。

4.根據權利要求1所述基于軌道信息的兩輪自平衡小車控制系統，其特征在于，所述傾角采集模塊(10)包括設置于車體上的陀螺儀(11)和加速度傳感器(12)，以及同時與所述陀螺儀(11)和加速度傳感器(12)的采集輸出端連接的數據融合單元(13)，和與所述數據分析單元的數據輸出端連接的數據放大單元(14)，所述數據融合單元(13)用于對陀螺儀(11)和加速度傳感器(12)采集的傾角數據進行卡爾曼濾波和數據融合處理。

5.根據權利要求1所述基于軌道信息的兩輪自平衡小車控制系統，其特征在于，所述速度控制模塊(40)包括電機驅動芯片(41)以及分別獨立控制所述自平衡小車兩輪的驅動的左、右執行驅動電機(42)、(43)，所述左、右執行驅動電機(42)、(43)分別與電機驅動芯片(41)電性連接。

6.根據權利要求5所述基于軌道信息的兩輪自平衡小車控制系統，其特征在于，所述速度采集模塊(30)包括固定安裝在左、右執行驅動電機(42)、(43)的電機軸上的編碼盤(31)，和相對編碼盤(31)固定安裝在車體一側、用于采集編碼盤(31)轉動圈數的光電傳感器(32)。

7.根據權利要求1所述基于軌道信息的兩輪自平衡小車控制系統，其特征在于，所述圖像采集模塊(20)包括用于采集道路視頻信息的CCD攝像頭(21)，以及與CCD攝像頭(21)圖像輸出端連接、用于采集視頻信息中的圖像信號的視頻信號提取單元(22)。

8.根據權利要求1所述基于軌道信息的兩輪自平衡小車控制系統，其特征在于，所述控制模塊(50)包括

信息接收單元(51)，用于接收姿態傾角信息、道路視頻信息以及車輪速度信息；

預處理單元(52)，用于對道路視頻信息依次進行濾波、二值化及軌道平滑操作，獲得得精確的軌道信息；

數據分析單元(53)，用于將獲得的軌道信息與姿態傾角信息、車輪速度信息結合之后進行判斷，得到軌道彎度和窄度信息；

執行控制單元(54)，用于根據軌道彎度和窄度信息向速度控制模塊(40)輸出相應占空比的PWM波。

9.一種基于軌道信息的兩輪自平衡小車控制方法，其特征在于，所述基于軌道信息的兩輪自平衡小車控制方法包括以下步驟：

S1、實時采集平衡小車姿態傾角信息及車速信息，并采集前方道路的視頻信息，從視頻信息中提取出圖像信號；

S2、將圖像信號轉化為二維圖像數組，并對圖像數組進行圖像預處理，獲得精確的軌道信息；

S3、對姿態傾角信息、車速信息以及軌道信息進行卡爾曼濾波和數據融合，得到軌道彎度和窄度信息；

S4、根據軌道彎度和窄度輸出相應占空比的PWM波，對小車車輪的車速進行實時調整。