[發(fā)明專利]一種自平衡機器人抗持續(xù)性外力作用的姿態(tài)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010435039.1
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111665838B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設計）人: 董輝;吳宇航;田叮;吳祥;袁登鵬;董浩;陳重;周俊陽
• 申請（專利權）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊天嬌

本發(fā)明公開了一種自平衡機器人抗持續(xù)性外力作用的姿態(tài)控制方法，包括定時讀取左右輪軸分別對應的編碼器的數(shù)值，將兩編碼器的數(shù)值相加作為狀態(tài)參數(shù)，所述狀態(tài)參數(shù)具有正負；根據(jù)所述狀態(tài)參數(shù)判斷當前自平衡機器人的運行狀態(tài)；根據(jù)所述運動狀態(tài)，采用PID控制器調節(jié)自平衡機器人維持原地。本發(fā)明通過編碼器判斷當前自平衡機器人的運行狀態(tài)，以避免陀螺儀無法正確反映自平衡機器人當前運行狀態(tài)的弊端，并且通過不同的運行狀態(tài)采取不同的措施，以保證準確快速的修復自平衡機器人的波動，調節(jié)平衡機器人的姿態(tài)，以實現(xiàn)始終維持原地平衡。

技術領域

本申請屬于自平衡機器人領域，具體涉及一種自平衡機器人抗持續(xù)性外力作用的姿態(tài)控制方法。

背景技術

常規(guī)的兩輪自平衡機器人與站在平衡機器人上的人組成了一個完整的系統(tǒng)，乘客可以通過調整自身的重心，來應對不同的狀況。但是中小型兩輪自平衡機器人在原地維持平衡過程中，當機器人受到一個較大的持續(xù)性水平外力影響的時候，為了維持平衡機器人會出現(xiàn)偏移甚至向一個方向移動的情況。通常會在這種情況下就需要自平衡機器人能夠判斷出外力的方向，并作出相應的反應以防止機器人向一個方向繼續(xù)偏移，以影響機器人的正常工作。

當前兩輪自平衡車普遍通過調整配重塊的方式來實現(xiàn)重心的調整。而對于一些用于特殊場合的中小型兩輪自平衡機器人來說，如果在原地維持平衡的過程中，遇到持續(xù)性水平外力的干擾，調整配重塊可能會具有一定的滯后性，并且可能會對其工作造成影響，就需要機器人以其他的方式來改變其重心，以抵消持續(xù)性水平外力的干擾。

發(fā)明內容

本申請的目的在于提供一種自平衡機器人抗持續(xù)性外力作用的姿態(tài)控制方法，傾斜回正調整速度快，且在持續(xù)性水平外力下自平衡機器人仍能夠維持原地平衡的姿態(tài)。

為實現(xiàn)上述目的，本申請所采取的技術方案為：

一種自平衡機器人抗持續(xù)性外力作用的姿態(tài)控制方法，所述自平衡機器人為兩輪自平衡機器人且左右輪軸上分別安裝有編碼器，所述自平衡機器人抗持續(xù)性外力作用的姿態(tài)控制方法，包括：

步驟S1、定時讀取左右輪軸分別對應的編碼器的數(shù)值，將兩編碼器的數(shù)值相加作為狀態(tài)參數(shù)，所述狀態(tài)參數(shù)具有正負；

步驟S2、根據(jù)所述狀態(tài)參數(shù)判斷當前自平衡機器人的運行狀態(tài)，包括：

若所述狀態(tài)參數(shù)的絕對值小于第一臨界值，則當前自平衡機器人的運行狀態(tài)為正常工作狀態(tài)；

若所述狀態(tài)參數(shù)的絕對值大于第二臨界值，則當前自平衡機器人的運行狀態(tài)為失控偏移狀態(tài)；

若所述狀態(tài)參數(shù)的絕對值位于第一臨界值和第二臨界值之間，則當前自平衡機器人的運行狀態(tài)為可調偏移狀態(tài)；

步驟S3、根據(jù)所述運動狀態(tài)，采用PID控制器調節(jié)自平衡機器人的姿態(tài)，包括：

若運行狀態(tài)為正常工作狀態(tài)，則不需要重心調節(jié)；

若運行狀態(tài)為可調偏移狀態(tài)，則通過速度環(huán)PI控制器抵消自平衡機器人受的持續(xù)性水平外力維持原地平衡；

若運行狀態(tài)為失控偏移狀態(tài)，則通過角度補償?shù)慕嵌拳h(huán)PD控制器改變自平衡機器人的重心，抵消受到的持續(xù)性水平外力維持原地平衡。

作為優(yōu)選，若所述自平衡機器人為向前運動，則狀態(tài)參數(shù)為正數(shù)；若所述自平衡機器人為向后運動，則狀態(tài)參數(shù)為負數(shù)。

作為優(yōu)選，所述通過角度補償?shù)慕嵌拳h(huán)PD控制器改變自平衡機器人的重心，抵消受到的持續(xù)性水平外力維持原地平衡，包括：

建立角度環(huán)PD控制器的輸出公式為：

Balance_PWM＝Balance_Kp*Angle+Balance_Kd*Gyro