[發明專利]一種基于行為驅動的自平衡無人駕駛自行車及其分解關鍵平衡的控制方法

有效

• 申請號: 201810081384.2
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108189955B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 孟濬;趙夕朦
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B62M6/45
• 分類號: B62M6/45;B62J99/00;B62M6/50
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

1.一種基于行為驅動的自平衡無人駕駛自行車，包括自行車和傳感器模塊，其特征在于，該自平衡無人駕駛自行車還包括車把控制模塊、車體中部控制模塊和車體后部控制模塊；

所述傳感器模塊用于測量自行車變量，所述自行車變量包括自行車車把偏轉角度α、自行車車體偏轉角度β、自行車后輪轉動角度

所述車把控制模塊位于自行車車把，通過重心調節機構調節車把的重心，實現車把偏轉角度α的調節；

所述車體中部控制模塊位于自行車車體中部，通過重心調節機構調節車體中部的重心；

所述車體后部控制模塊位于自行車后部，通過重心調節機構調節車體后部的重心，通過旋轉輪機構進行自行車后部的平衡控制和后輪旋轉控制；通過后輪旋轉控制實現自行車后輪轉動角度的調節；

所述車把控制模塊、車體中部控制模塊和車體后部控制模塊各自的重心調節機構和車體后部控制模塊的平衡控制，共同實現自行車車體偏轉角度β的調節；

選取自行車變量和車把控制模塊、車體中部控制模塊和車體后部控制模塊的控制變量作為關鍵變量；在自行車前中后部分別建立坐標系，并將自行車車把偏轉角度α、自行車車體偏轉角度β、自行車后輪轉動角度φ分別分解到前中后部的坐標系中；

將車把控制模塊、車體中部控制模塊和車體后部控制模塊的重心調節機構的重心加速運動產生的力分別投影到自行車前中后部的坐標系；并建立控制變量與被控變量之間的關系，得到車把控制模塊、車體中部控制模塊和車體后部控制模塊對自行車的控制規則，實現無人駕駛自行車的平衡控制。

2.根據權利要求1所述的一種基于行為驅動的自平衡無人駕駛自行車，其特征在于，所述車把控制模塊的重心調節機構為橫向放置于車把上的滑桿機構，車把控制模塊通過調節車把滑桿機構的滑塊位置進行車把重心的調節。

3.根據權利要求1所述的一種基于行為驅動的自平衡無人駕駛自行車，其特征在于，所述車體中部控制模塊的重心調節機構為偏心輪，車體中部控制模塊通過調節偏心輪旋轉角度進行車體中部重心的調節。

4.根據權利要求1所述的一種基于行為驅動的自平衡無人駕駛自行車，其特征在于，所述車體后部控制模塊的重心調節機構為偏心輪，車體后部控制模塊通過調節偏心輪旋轉角度進行車體后部重心的調節。

5.根據權利要求1所述的一種基于行為驅動的自平衡無人駕駛自行車，其特征在于，所述車體后部控制模塊的旋轉輪機構為互相垂直的兩個旋轉輪：水平旋轉輪、豎直旋轉輪，豎直旋轉輪與水平旋轉輪相切，且與自行車后輪平行；車體后部控制模塊通過調節兩個旋轉輪的轉速進行自行車后部的平衡控制和后輪旋轉控制。

6.一種基于行為驅動的自平衡無人駕駛自行車的分解關鍵平衡的控制方法，其特征在于，該方法包括平衡控制部分和無人駕駛控制部分；

所述平衡控制部分的實現方法包括以下步驟：

1)關鍵變量選取：選取可控可觀的關鍵變量，包括自行車變量和車把控制模塊、車體中部控制模塊、車體后部控制模塊的控制變量；

2)分解被控變量：在自行車前中后部分別建立坐標系，并將自行車車把偏轉角度α、自行車車體偏轉角度β、自行車后輪轉動角度φ分別分解到前中后部的坐標系；

3)投影控制變量及控制器的建立：將車把控制模塊、車體中部控制模塊和車體后部控制模塊的重心調節機構的重心加速運動產生的力分別投影到自行車前中后部的坐標系；并建立控制變量與被控變量之間的關系，得到控制器對自行車的控制規則，獲得控制器參數；

4)實現自平衡：將投影得到的控制器參數分別輸入實際的車把控制模塊、車體中部控制模塊和車體后部控制模塊，并進行微調，建立自行車的三個控制器，從而實現自行車的自平衡；

所述無人駕駛控制部分的實現方法：根據目標運動狀態，選擇期望的自行車變量，實現自行車的無人駕駛控制。