[發(fā)明專利]一種摩托車型機器人的自動平衡裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711115160.0
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107728635B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王洪陽;李睿智
• 申請（專利權(quán)）人: 北京賽曙科技有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王戈

1.一種摩托車型機器人的自動平衡裝置，其特征在于，所述自動平衡裝置應(yīng)用于摩托車型機器人，所述摩托車型機器人包括前輪、后輪以及設(shè)于前輪與后輪之間的車體；所述自動平衡裝置固定設(shè)于所述車體上，所述摩托車型機器人與所述自動平衡裝置構(gòu)成具有兩點支撐的單維倒立擺結(jié)構(gòu)，利用倒立擺原理中的動量交換原理，根據(jù)動量守恒定律實現(xiàn)所述摩托車型機器人的直立自平衡；其中，所述自動平衡裝置包括：

姿態(tài)采集器，所述姿態(tài)采集器設(shè)于所述車體上，用于檢測所述車體左右傾斜的姿態(tài)數(shù)據(jù)；

動量輪，所述動量輪的轉(zhuǎn)軸的軸線方向平行于所述摩托車型機器人前進方向或后退方向，且所述動量輪的轉(zhuǎn)動方向垂直于所述摩托車型機器人前進方向或后退方向；

電機，所述電機的輸出軸與所述動量輪的轉(zhuǎn)軸連接，帶動所述動量輪轉(zhuǎn)動；

車體控制器，分別與所述姿態(tài)采集器和所述電機連接，所述車體控制器獲取所述姿態(tài)采集器采集的姿態(tài)數(shù)據(jù)以及所述動量輪的轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)，利用控制算法控制所述電機輸出與所述姿態(tài)數(shù)據(jù)和所述轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)對應(yīng)的電機轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)，從而控制所述電機驅(qū)動所述動量輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)所述摩托車型機器人的直立自平衡，具體方法包括：

獲取摩托車型機器人車體傾斜的姿態(tài)數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述姿態(tài)數(shù)據(jù)利用姿態(tài)測量模型計算車體傾斜角度和車體傾斜角速度；

獲取動量輪的當(dāng)前角速度；

根據(jù)所述車體傾斜角度、所述車體傾斜角速度和所述當(dāng)前角速度利用控制算法確定電機目標轉(zhuǎn)矩；

控制電機按照所述電機目標轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動，同時由所述電機帶動所述動量輪轉(zhuǎn)動，得到所述車體調(diào)整后的修正姿態(tài)數(shù)據(jù)；

判斷所述修正姿態(tài)數(shù)據(jù)是否等于所述車體的直立自平衡姿態(tài)數(shù)據(jù)，得到判斷結(jié)果；

當(dāng)所述判斷結(jié)果表示是時，確定所述車體處于直立自平衡狀態(tài)；

當(dāng)所述判斷結(jié)果表示否時，返回所述“獲取摩托車型機器人車體傾斜的姿態(tài)數(shù)據(jù)”的步驟。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動平衡裝置，其特征在于，所述自動平衡裝置還包括電機驅(qū)動器、動量輪控制器和電源，所述電機驅(qū)動器、所述動量輪控制器以及電源分別與所述電機的定子電連接，所述電機的轉(zhuǎn)子與所述動量輪連接；所述電機驅(qū)動器、所述動量輪控制器、所述姿態(tài)采集器與所述車體控制器集成于一電路板，所述電路板固定設(shè)于所述車體上；所述車體控制器將控制指令傳送至所述動量輪控制器，所述動量輪控制器控制所述電機驅(qū)動器驅(qū)動所述電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，所述電機的轉(zhuǎn)子帶動所述電機的輸出軸轉(zhuǎn)動從而帶動所述動量輪轉(zhuǎn)動。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動平衡裝置，其特征在于，所述姿態(tài)采集器包括兩組三軸加速度計，用于檢測所述車體傾斜時的六組加速度。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動平衡裝置，其特征在于，所述姿態(tài)采集器包括兩組三軸加速度計和兩組三軸陀螺儀，所述兩組三軸加速度計用于檢測所述車體傾斜時的六組加速度，所述兩組三軸陀螺儀用于檢測所述車體傾斜時的六組角加速度。