[發明專利]一種自平衡機器人的位置控制方法

在審

• 申請號: 201710515331.2
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN109202883A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 鄒風山;祁跡;劉世昌;宋吉來;趙金野;張彥超
• 申請（專利權）人: 沈陽新松機器人自動化股份有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J13/08
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

本發明描述了一種電機編碼的自平衡機器人的位置控制方法，包括：對自平衡機器人的各個模塊進行初始化操作；獲取自平衡機器人的傳感數據并且進行姿態解算；將姿態解算的姿態信息以及自平衡機器人的位置信息作為自平衡位置控制器的輸入信息，進行自平衡機器人的平衡狀態判斷，從而確定是否更改控制策略；執行模塊接收并且執行自平衡位置控制器所輸出的控制策略。本發明提出的自平衡機器人的位置控制方法，采用電機編碼實時反饋機器人位置信息，進行PID閉環控制，有效地提高機器人的抗干擾能力，尤其對自平衡機器人動態靜止時的零點漂移有較明顯的抑制效果。

技術領域

本發明涉及機器人控制技術領域，具體涉及一種基于電機編碼的兩輪自平衡機器人位置控制方法。

背景技術

近年來隨著科技的發展，機器人從最初應用的工業領域逐漸走進人們日常生活之中，在服務、物流、醫療、教育等領域中已經有一定的應用實例。自平衡機器人是應運而生的一類產品，自平衡機器人具有與自平衡車一樣的兩輪自平衡結構，與傳統輪式機器人相比大幅度縮減了機器人尺寸，同時可以進行更加靈活的運動，能夠適用于一些輪式機器人無法工作的狹小空間。

目前自平衡機器人產品較少，主要因為在大型的機器人產品中使用自平衡技術難度較大，尤其是自平衡技術中的控制算法，控制算法能夠直接決定機器人能否自平衡站立及運動。目前，兩輪自平衡機器人的控制算法主要包括兩類：一類是傳統的PID方法和極點配置法，主要處理線性已知系統；由于兩輪自平衡機器人具有強非線性性，因此對機器人模型進行線性化后將導致模型不精確、抗干擾能力差。另一類是智能控制，主要采用模糊控制，能夠處理非線性未知系統，但模糊控制方法的控制精度取決于模糊規則庫的建立，控制系統的效果受專家經驗影響非常大

針對傳統的控制方法、動態響應不理想、抗干擾能力差；智能控制方法過度地依賴專家經驗，急需一種簡單且抗干擾能力強的自平衡機器人的位置控制方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于電機編碼的兩輪自平衡機器人的位置控制方法。

為解決上述技術問題，提供一種基于電機編碼的自平衡機器人的位置控制方法，所述方法包括：步驟一：對自平衡機器人的各個模塊進行初始化操作；步驟二：獲取自平衡機器人的傳感數據并且進行姿態解算；步驟三：將步驟二中姿態解算的姿態信息以及自平衡機器人的位置信息作為自平衡位置控制器的輸入信息，進行自平衡機器人的平衡狀態判斷，從而確定是否更改控制策略；步驟四：執行模塊接收并且執行步驟三中自平衡位置控制器所輸出的控制策略；所述執行模塊包括電機、驅動輪、以及用于實時反饋自平衡機器人的位置信息的編碼器，所述電機連接所述驅動輪，所述編碼器連接所述電機，所述編碼器將所述電機旋轉產生的角度變化轉變成自身的碼數變化，進而產生電信號的變化，所述電信號的變化作為自平衡機器人的位置信息反饋給所述自平衡位置控制器。

優選的，步驟一中所述的模塊初始化包括控制板卡初始化、傳感器初始化、自平衡機器人重心初始化、執行模塊初始化。

優選的，所述控制板卡初始化包括主控時鐘初始化、中斷系統初始化、各個通信模塊初始化。

優選的，用于獲取自平衡機器人的傳感數據的傳感器為微機電六軸運動傳感器，包括加速度計和陀螺儀。

優選的，對所述六軸運動傳感器所測的傳感數據進行卡爾曼濾波進行姿態解算。

優選的，所述姿態解算的步驟包括利用陀螺儀所獲取的角速度構建卡爾曼狀態方程，利用加速度計獲取各軸加速度分量并計算獲取角度而構建卡爾曼測量方程，建立離散化卡爾曼系統方程，計算獲得姿態解算結果。

優選的，所述自平衡控制器采用閉環PID控制。

優選的，將所述編碼器所反應自平衡機器人的實時位置信息作為自平衡控制器的反饋量，通過位置迭代的方式得到自平衡控制的控制量，將控制量和反饋量的差作為閉環PID控制的輸入量。