[發明專利]一種足式機器人抗擾平衡裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201810769006.3
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN109263744B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 李清都;楊洋;盧青高;楊鑫;劉宋;柯梅花;王成剛;王赟
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅;陳棟梁

1.一種足式機器人抗擾平衡裝置，其特征在于，包括：風扇電機、風扇電機外框、同步輪、牽引電機、軸承、風扇電機的導電滑環及陀螺儀，其中風扇電機設置于風扇電機外框內，所述導電滑環套在風扇電機外框的旋轉軸上給風扇電機供電，軸承設置于風扇電機下方并與風扇電機的旋轉軸相連接，風扇電機外框的旋轉軸和牽引電機輸出軸都分別放置一個同步輪，兩同步輪之間采用同步帶進行傳動，這樣牽引電機旋轉就可以帶動風扇電機外框旋轉從而控制風扇電機所產生力的方向，牽引電機的安裝可固定在機器人本體上，陀螺儀安裝在機器人本體重心平衡處，同步輪用于牽引電機通過同步輪帶動同步帶，軸承用于將整個平衡裝置與機器人固定和安裝，同時滿足平衡裝置旋轉要求，所述陀螺儀的傳感器檢測機器人身體姿態，控制牽引電機轉動，進行方向位置控制，當機器人身體朝某個方向發生傾倒時，使風扇電機朝向該方向，再根據機器人傾倒的角度和角速度，根據受力分析控制風扇電機轉速，即控制其所提供的反向力的大小，使機器人重新恢復平衡狀態。

2.根據權利要求1所述的一種足式機器人抗擾平衡裝置，其特征在于，所述同步輪有兩個，兩個同步輪之間設置有同步帶輪。

3.根據權利要求1所述的一種足式機器人抗擾平衡裝置，其特征在于，

所述陀螺儀安裝與平衡裝置一體，或單獨安裝在機器人本體的重心部分。

4.根據權利要求3所述的一種足式機器人抗擾平衡裝置，其特征在于，所述陀螺儀的平衡狀態與機器人的平衡狀態重合。

5.根據權利要求1所述的一種足式機器人抗擾平衡裝置，其特征在于，所述再根據機器人傾倒的角度和角速度，根據受力分析控制風扇電機轉速，具體包括：

α和β分別為陀螺儀測得的俯仰角和滾轉角，γ機器人本體傾斜狀態時與垂直狀態的夾角，根據受力分析可知風扇電機提供的牽引力F＞mg×sinγ機器人本體即可恢復平衡狀態，m表示機器人的質量，g表示重力加速度，根據風扇電機的參數得到其F與轉速的關系。

6.根據權利要求1-5之一所述的一種足式機器人抗擾平衡裝置，其特征在于，所述風扇電機控制采用閉環PID進行速度控制。

7.一種基于權利要求1-6任一項所述的足式機器人抗擾平衡裝置的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：當機器人身體發生傾斜，陀螺儀會檢測到相應的傾角和傾倒的角速度，將數據傳輸給控制系統；

S2：控制系統將角度數據中的俯仰角和滾轉角進行合成，然后得到機器人本體傾倒的方向，用來給牽引電機作為位置控制的目標值，牽引電機則會通過PID的位置閉環控制，牽引風扇電機與機器人傾角相同；

S3：控制系統再通過速度閉環控制，根據陀螺儀采集的俯仰角和滾轉角大小以及其相應的角速度的大小去調節風扇電機的轉速，傾角和傾倒的角速度越大其轉速越快，產生的反向力矩就會越大，從而使機器人重新恢復平衡；

S4：當機器人恢復到平衡狀態時，相應的風扇電機也停止轉動，不在產生發作用力，牽引電機也恢復原位即使風扇電機朝前產生作用的位置；

S5：當機器人在發生傾倒時，則重復上述步驟。