[發明專利]一種自平衡機器人的控制方法

在審

• 申請號: 201910352331.4
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN110162068A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 陳公興
• 申請（專利權）人: 廣東技術師范學院天河學院
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 蔡鵬娟

本發明提供了一種自平衡機器人的控制方法，通過電源模塊提供穩定的直流電源驅動模塊，控制模塊發出指令控制執行模塊的直流電機按照程序編寫的方式運行，并由編碼器組成反饋回路；由姿態檢測模塊采集系統中各姿態角，并將傳輸到主控制器，組成控制回路，對電機進行控制。所述的姿態檢測模塊中傳感器能直接讀取四元數和加速度，精確得到傾角值和角速度值，使得自平衡機器人的穩定性更高，對外界環境進行自適應同時能最大程度降低外界環境對自平衡機器人的干擾，從而保證了其安全性和穩定性，另外，減少主控制器的算法壓力，提高了數據傳輸的精確度，提高了系統的實時性。

技術領域

本發明涉及自平衡機器人領域，具體而言，涉及一種自平衡機器人的控制方法。

背景技術

自平衡機器人是一種新型的小型交通工具，其模型類似于一級倒立擺，具有非線性和強耦合性等特點。它的結構特點是雙輪共軸，左右平行布置，自平衡機器人是一個高度不穩定的系統，陀螺儀有很好的動態效果，但是由于陀螺儀存在溫漂，靜態時積分后得到的角度會產生很大的偏差；而對加速度計信號采用平滑濾波去噪，可以得到很好的靜態角度，但在運動過程中容易受動態加速度干擾。因此，單獨使用加速度計或陀螺儀都不能夠得到有效而可靠的車體姿態信息，而且這種線性組合方式使得系統的穩定上無法兼顧，面對較大的干擾時，系統不穩定，因此，有必要研究一款穩定性高的自平衡機器人以實現自平衡機器人的平衡行走、準確行走、避障。

一種自平衡機器人的控制方法，其實際應用中的亟待處理的實際問題還有很多未提出具體的解決方案。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種自平衡機器人的控制方法以解決所述問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種自平衡機器人的控制方法包括電氣系統，所述的電氣系統分為控制模塊、姿態檢測模塊、無線通訊模塊、執行模塊、電源模塊；其中電源模塊為其它部分提供穩定的直流電源驅動模塊，控制模塊發出指令控制執行模塊中的直流電機按照程序編寫的方式運行，并由編碼器組成反饋回路；系統運動時各方向姿態角的變化，均由姿態檢測模塊測量，并上傳數據處理進行分析，同時數據反饋到主控制器，組成控制回路；

所述的姿態檢測模塊采用傳感器采集角速度和加速度信號，通過傳感器的DMP直接讀取四元數和加速度并將四元數直接轉換為機器人傾角，通過控制模塊輸出施加在電機上的電壓和轉向，對電機進行控制。

可選地，所述的傳感器為六軸慣性傳感器。

可選地，所述的六軸慣性傳感器包括三軸MEMS加速度計和三軸MEMS陀螺儀，還包含一個數字運動處理器DMP，能將三軸MEMS加速度計和三軸MEMS陀螺儀采集的數據進行融合，獨立完成姿態解算。

可選地，所述的六軸慣性傳感器能與其它數字傳感器連接擴展成九軸傳感器，能夠輸出一個九軸的信號，建立完整的空間姿態信息。

可選地，所述的三軸MEMS陀螺儀和所述的三軸MEMS加速度計分別采集x軸、y軸和z軸的電壓值，然后通過ADC轉換成數字信號，最后通過I2C總線傳送到主控制芯片。

可選地，所述的四元數轉換為機器人傾角的公式為：

其中，Pitch旋轉角就是所需要求得的自平衡機器人的傾角。

可選地，通過無線通訊模塊實現自平衡機器人與外部設備進行數據通訊。

可選地，所述的控制模塊包括核心控制器，所述的核心控制器為單片機嵌入式計算機系統。

可選地，所述的控制模塊中設定表達式，angle：平衡角度偏差；Gyro_y：y軸角速度；V：速度偏差；Vi：速度偏差積分；Gyro_z：z軸角速度，所述的表達式為：