适用于多地形的无边双轮机器人及无边双轮机器人控制方法技术

适用于多地形的无边双轮机器人及无边双轮机器人控制方法，本发明专利技术涉及无边双轮机器人及无边双轮机器人控制方法。本发明专利技术的目的是为了解决现有无边双轮机器人是一种欠驱动的结构，在应对路面颠簸等外界扰动时无法保持稳定，容易倾倒；以及无边双轮机器人还存在静止起步困难的问题。适用于多地形的无边双轮机器人，所述无边双轮机器人包括中心平台、角度控制模块、无边轮、摆锤、控制电路；所述中心平台两侧各安装一个角度控制模块；所述两个角度控制模块上各安装一个无边轮；所述中心平台底部或前部安装摆锤。适用于多地形的无边双轮机器人控制方法的控制过程为：无边双轮机器人控制分为起步阶段、前进阶段和转向阶段的控制。本发明专利技术用于无边轮车辆技术领域。发明专利技术用于无边轮车辆技术领域。发明专利技术用于无边轮车辆技术领域。

【技术实现步骤摘要】
适用于多地形的无边双轮机器人及无边双轮机器人控制方法


[0001]本专利技术涉及无边轮车辆
，特别是涉及无边双轮机器人及无边双轮机器人控制方法。

技术介绍

[0002]无边轮是一种科学研究的常用结构，但在实际工业生产中应用却较少，主要是因为无边双轮机器人是一种欠驱动的结构，在应对路面颠簸等外界扰动时无法保持稳定，容易倾倒。
[0003]此外，无边双轮机器人还存在静止起步困难的问题，目前通常采用悬空起步后再放置到地面的方法进行规避，不利于无边双轮机器人的快速起步。
[0004]因此，研究出一种适用于多地形的新型无边双轮机器人及无边双轮机器人控制方法至关重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有无边双轮机器人是一种欠驱动的结构，在应对路面颠簸等外界扰动时无法保持稳定，容易倾倒；以及无边双轮机器人还存在静止起步困难的问题，而提出一种适用于多地形的无边双轮机器人及无边双轮机器人控制方法。
[0006]适用于多地形的无边双轮机器人，所述无边双轮机器人包括中心平台1、角度控制模块2、无边轮3、摆锤4、控制电路；
[0007]所述中心平台1两侧各安装一个角度控制模块2；
[0008]所述两个角度控制模块2上各安装一个无边轮3；
[0009]所述中心平台1底部或前部安装摆锤4。
[0010]优选地，所述中心平台1包含若干螺孔和平台，用于安装角度控制模块1和摆锤4。
[0011]优选地，所述角度控制模块2包括电机2
‑<br/>1、与中心平台连接的连接件2
‑
2、与无边轮连接的连接件2
‑
3；
[0012]所述与中心平台连接的连接件2
‑
2一端固定在中心平台1，中心平台连接的连接件2
‑
2另一端固定在电机2
‑
1一侧。
[0013]优选地，所述无边轮3包括电机3
‑
1、轮盘3
‑
2、腿部3
‑
3和减震器3
‑
4；
[0014]所述电机3
‑
1安装在轮盘3
‑
2上；
[0015]所述腿部3
‑
3均匀周向安装在轮盘3
‑
2下；
[0016]所述电机3
‑
1、轮盘3
‑
2、腿部3
‑
3同轴心设置；
[0017]所述电机3
‑
1控制腿部3
‑
3摆动；
[0018]所述减震器3
‑
4位于腿部3
‑
3上。
[0019]优选地，所述与无边轮连接的连接件2
‑
3一端固定在无边轮的电机3
‑
1上，与无边轮连接的连接件2
‑
3另一端固定在角度控制模块的电机2
‑
1一侧。
[0020]优选地，所述摆锤4包括框架4
‑
1，配重块4
‑
2，辅助轮4
‑
3，与中心平台连接的连接
件4
‑
5，框架4
‑
1和连接件4
‑
5的用于控制摆锤倾角的电机4
‑
4；
[0021]所述配重块4
‑
2安装在框架4
‑
1的下部或前部，辅助轮4
‑
3安装在框架4
‑
1的尾部。
[0022]适用于多地形的无边双轮机器人控制方法的控制过程为：
[0023]无边双轮机器人控制分为起步阶段、前进阶段和转向阶段的控制。
[0024]优选地，所述起步阶段具体过程为：
[0025]步骤一、无边双轮机器人的角度控制模块2控制无边轮3垂直或不垂直于地面；
[0026]步骤二、两个无边轮3的电机3
‑
1同时向前旋转对中心平台1产生向后的力矩；
[0027]步骤三、在中心平台1产生的向后力矩作用下摆锤4抬起，直至摆锤4的辅助轮4
‑
3触地；
[0028]步骤四、辅助轮4
‑
3触地后，无边双轮机器人起步向前运动，中心平台1在控制电路控制下维持水平，辅助轮4
‑
3离地；
[0029]所述步骤四中心平台1在控制电路控制下维持水平；具体过程为：
[0030]控制电路首先读取安装于中心平台1上的惯性测量单元的数据，获得中心平台1的俯仰角；
[0031]对获得的中心平台1的俯仰角测量值与俯仰角期望值0
°
计算偏差值，基于偏差值进行PID控制输出控制量；
[0032]将PID控制输出控制量与无边轮3的电机本身转速量进行叠加控制中心平台1维持水平；
[0033]对偏差值小于
±5°
的情况对中心平台1不进行控制。
[0034]优选地，所述前进阶段的控制过程为：
[0035]无边双轮机器人在前进阶段的控制分为对摆锤4的控制和对角度控制模块2的控制；A、对摆锤4的控制过程为：
[0036]当无边双轮机器人出现向某一侧倾倒趋势时；
[0037]控制电路首先读取安装于中心平台1上的惯性测量单元的数据，获得中心平台1的滚转角；
[0038]对获得的滚转角测量值与滚转角期望值0
°
计算偏差值，基于偏差值进行PID控制输出控制量；
[0039]将PID控制输出控制量作用于摆锤4，控制摆锤4的速度，完成无边双轮机器人的中心平台1的滚转角与地面保持水平；
[0040]当摆锤4摆动到角度限位时，摆锤4低速返回中心位置；
[0041]B、对角度控制模块2的控制过程为：
[0042]无边双轮机器人的角度控制模块2根据地形控制无边轮3垂直或不垂直于地面；具体过程为：
[0043]控制电路首先读取安装于中心平台1上的惯性测量单元的数据，获得中心平台1的滚转角；
[0044]以中心平台1平行于地面为0
°
；
[0045]当中心平台1的滚转角大于
±
15
°
，且持续时间大于三秒时，控制电路判定当前道路为颠簸路面，自动旋转两侧角度控制模块，使无边双轮机器人车身重心降低。
[0046]当中心平台模块的滚转角小于等于
±
15
°
，且持续时间大于三秒时，控制电路判定
当前道路为平坦路面，自动旋转两侧角度控制模块2，完成角度控制模块2控制无边轮3垂直于地面。
[0047]优选地，所述转向阶段的控制过程为：
[0048]无边双轮机器人在转向阶段的控制分为对摆锤4的控制和对角度控制模块2的控制；
[0049]A、对摆锤4的控制过程为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.适用于多地形的无边双轮机器人，其特征在于：所述无边双轮机器人包括中心平台(1)、角度控制模块(2)、无边轮(3)、摆锤(4)、控制电路；所述中心平台(1)两侧各安装一个角度控制模块(2)；所述两个角度控制模块(2)上各安装一个无边轮(3)；所述中心平台(1)底部或前部安装摆锤(4)。2.根据权利要求1所述的适用于多地形的无边双轮机器人，其特征在于：所述中心平台(1)包含若干螺孔和平台，用于安装角度控制模块(1)和摆锤(4)。3.根据权利要求2所述的适用于多地形的无边双轮机器人，其特征在于：所述角度控制模块(2)包括电机(2
‑
1)、与中心平台连接的连接件(2
‑
2)、与无边轮连接的连接件(2
‑
3)；所述与中心平台连接的连接件(2
‑
2)一端固定在中心平台(1)，中心平台连接的连接件(2
‑
2)另一端固定在电机(2
‑
1)一侧。4.根据权利要求3所述的适用于多地形的无边双轮机器人，其特征在于：所述无边轮(3)包括电机(3
‑
1)、轮盘(3
‑
2)、腿部(3
‑
3)和减震器(3
‑
4)；所述电机(3
‑
1)安装在轮盘(3
‑
2)上；所述腿部(3
‑
3)均匀周向安装在轮盘(3
‑
2)下；所述电机(3
‑
1)、轮盘(3
‑
2)、腿部(3
‑
3)同轴心设置；所述电机(3
‑
1)控制腿部(3
‑
3)摆动；所述减震器(3
‑
4)位于腿部(3
‑
3)上。5.根据权利要求4所述的适用于多地形的无边双轮机器人，其特征在于：所述与无边轮连接的连接件(2
‑
3)一端固定在无边轮的电机(3
‑
1)上，与无边轮连接的连接件(2
‑
3)另一端固定在角度控制模块的电机(2
‑
1)一侧。6.根据权利要求5所述的适用于多地形的无边双轮机器人，其特征在于：所述摆锤(4)包括框架(4
‑
1)，配重块(4
‑
2)，辅助轮(4
‑
3)，与中心平台连接的连接件(4
‑
5)，框架(4
‑
1)和连接件(4
‑
5)的用于控制摆锤倾角的电机(4
‑
4)；所述配重块(4
‑
2)安装在框架(4
‑
1)的下部或前部，辅助轮(4
‑
3)安装在框架(4
‑
1)的尾部。7.适用于多地形的无边双轮机器人控制方法，其特征在于：所述方法的控制过程为：无边双轮机器人控制分为起步阶段、前进阶段和转向阶段的控制。8.根据权利要求7所述的适用于多地形的无边双轮机器人控制方法，其特征在于：所述起步阶段具体过程为：步骤一、无边双轮机器人的角度控制模块(2)控制无边轮(3)垂直或不垂直于地面；步骤二、两个无边轮(3)的电机(3
‑
1)同时向前旋转对中心平台(1)产生向后的力矩；步骤三、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳，董晨，杨司臣，李湛，佟明斯，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：