[實(shí)用新型]兩輪平衡機(jī)器人控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201821027268.4
• 申請(qǐng)日: 2018-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN208654640U
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張夢(mèng)飛;顏宋宋;吳友愛;吳帥宇;陳海生;汪佳佳;鄭東祁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 蕪湖安匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34107
• 代理人: 馬榮

本實(shí)用新型公開了兩輪平衡機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、機(jī)器人控制系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊，所述機(jī)器人控制系統(tǒng)包括方向控制子系統(tǒng)，方向控制子系統(tǒng)包括第一角度環(huán)PID控制器、第一角速度環(huán)PID控制器，第一角度環(huán)PID控制器的輸入端輸入期望轉(zhuǎn)向角度，第一角度環(huán)PID控制器輸出端與第一角速度環(huán)PID控制器輸入端連接，第一角速度環(huán)PID控制器輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊連接，數(shù)據(jù)采集模塊分別與第一角度環(huán)PID控制器、第一角速度環(huán)PID控制器連接，用于分別將電機(jī)當(dāng)前角度送入到第一角度環(huán)PID控制器中、將電機(jī)當(dāng)前角速度送入到第一角速度環(huán)PID控制器。本實(shí)用新型采用串級(jí)PID控制的方式控制方向，采用轉(zhuǎn)向角度、角速度兩個(gè)參數(shù)的PID控制，保證了轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及機(jī)器人控制領(lǐng)域，特別涉及一種兩輪平衡機(jī)器人的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，兩輪平衡機(jī)器人的研究在眾多發(fā)達(dá)國(guó)家得到迅速發(fā)展，對(duì)平衡機(jī)器人的系統(tǒng)改造讓其迅速地應(yīng)用到眾多現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，國(guó)外市場(chǎng)也已經(jīng)推出了眾多商業(yè)產(chǎn)品并投放市場(chǎng)。兩輪自平衡機(jī)器人兩輪共軸、獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、車身通過運(yùn)動(dòng)保持平衡，它對(duì)于地形的變化有著很強(qiáng)的適應(yīng)能力，有著靈活的運(yùn)動(dòng)性能，在保持自平衡，還能夠在比較復(fù)雜的環(huán)境里面工作。兩輪自平衡機(jī)器人是一個(gè)集動(dòng)態(tài)決策和規(guī)劃、環(huán)境感知、行為控制和執(zhí)行等多種功能于一體的綜合復(fù)雜系統(tǒng)，通過運(yùn)用速度傳感器、超聲波傳感器、傾角傳感器、防碰撞開關(guān)等，可以實(shí)現(xiàn)跟蹤、路徑規(guī)劃和自主避障等多種復(fù)雜的功能。

但是由于現(xiàn)階段兩輪平衡機(jī)器人普遍采用單級(jí)PID控制，導(dǎo)致現(xiàn)在的平衡機(jī)器人制作設(shè)計(jì)過程中需要花費(fèi)大量的時(shí)間精力用于算法優(yōu)化以及控制參數(shù)的調(diào)節(jié)。而由于單級(jí)PID控制技術(shù)的不足，導(dǎo)致制作出的平衡機(jī)器人產(chǎn)品穩(wěn)定性與抗干擾性欠佳，從而導(dǎo)致現(xiàn)階段平衡機(jī)器人產(chǎn)品難以推廣。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種兩輪機(jī)器人控制系統(tǒng)，采用串級(jí)PID控制的方式控制方向，提高穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向的準(zhǔn)確性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：兩輪平衡機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、機(jī)器人控制系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊，所述機(jī)器人控制系統(tǒng)包括方向控制子系統(tǒng)，所述方向控制子系統(tǒng)包括第一角度環(huán)PID控制器、第一角速度環(huán)PID控制器，所述第一角度環(huán)PID控制器的輸入端輸入期望轉(zhuǎn)向角度，所述第一角度環(huán)PID控制器輸出端與第一角速度環(huán)PID控制器輸入端連接，所述第一角速度環(huán)PID控制器輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊連接，數(shù)據(jù)采集模塊分別與第一角度環(huán)PID控制器輸入端、第一角速度環(huán)PID控制器的輸入端連接，用于分別將電機(jī)當(dāng)前角度送入到第一角度環(huán)PID控制器中、將電機(jī)當(dāng)前角速度送入到第一角速度環(huán)PID控制器中。

所述機(jī)器人控制系統(tǒng)還包括直立控制子系統(tǒng)，所述直立控制子系統(tǒng)包括第二角度環(huán)PID控制器、第二角速度環(huán)PID控制器，所述第二角度環(huán)PID控制器的輸入端輸入控制姿態(tài)的傾角信號(hào)，第二角度環(huán)PID控制器的輸出端連接第二角速度環(huán)PID控制器的輸入端，第二角速度環(huán)PID控制器與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊連接，數(shù)據(jù)采集模塊分別連接第二角度環(huán)PID控制器、第二角速度環(huán)PID控制器，用于分別將采集的電機(jī)當(dāng)前姿態(tài)的角度信號(hào)發(fā)送至第二角度環(huán)PID控制器中、將當(dāng)前角速度信號(hào)送入到第二角速度控制器中。

所述機(jī)器人控制系統(tǒng)還包括速度控制子系統(tǒng)，所述速度控制子系統(tǒng)包括速度PID閉環(huán)控制模塊、俯仰角閉環(huán)控制模塊，速度PID閉環(huán)控制模塊輸入信號(hào)為設(shè)定速度與數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)之差，其輸出端與俯仰角閉環(huán)控制模塊連接，俯仰角閉環(huán)控制模塊的輸入端還輸入當(dāng)前機(jī)器人的俯仰角信號(hào)，俯仰角閉環(huán)控制模塊輸出端連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊，用于控制電機(jī)的速度。

所述數(shù)據(jù)采集模塊包括數(shù)據(jù)采集儀、數(shù)字處理器。

所述數(shù)據(jù)采集包括3軸陀螺儀、3軸加速器、速度傳感器、角度傳感器。

所述機(jī)器人控制系統(tǒng)還包括主控制器、人機(jī)交互模塊、攝像頭模塊，所述主控制器與人機(jī)交互模塊、攝像頭模塊連接。