一种轮腿式机器人的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种轮腿式机器人的控制方法，属于航天技术领域，本发明专利技术由底层控制部分和中央控制芯片组成，底层控制部分包括底层控制器、三轴加速度传感器、压力传感器、关节电机驱动控制器、车轮电机驱动控制器和关节角度传感器。底层控制部分进行各关节与车轮的底层控制、传感器信号采集，为中央控制芯片提供控制接口与反馈信号。本发明专利技术通过安装在车身上的三轴加速度传感器检测车身倾角，输出车身倾角反馈信号，中心控制芯片通过控制腿部运动，使车身恢复水平，能够让车轮所受压力趋于平均，使各轮负载转矩均匀分布，能够确保在崎岖路面上所有车轮都能与地面接触，大幅度提升车辆行驶稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航天
，特别是涉及。
技术介绍
由于月球具有巨大的开发价值，因此对月球的探测越来越重要，从而使得月球探测对机器人的移动性能要求非常高，主要体现在地面适应性、行驶平顺性、越障性、自主行驶功能方面。传统的四轮车因为地面自适应能力差，特别是不能很好的适应不可预知的地况，具有翻越障碍、爬长坡性能较差和转向不灵活等缺陷，由于在崎岖路面上车辆容易抖动，车辆遇到左右不等高地形时无法单独通过倾角判断被抬离地面的车轮。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够优化机器人行驶平顺性，提高机器人轮腿系统对复杂地形表面响应的基于轮腿式机器人控制系统的控制方法。为实现上述目的，本专利技术提供了，轮腿式机器人控制系统包括中央控制芯片、底层控制器、安装在机器人车身上的三轴加速度传感器、安装在车轮端部的压力传感器、关节电机驱动控制器、车轮电机驱动控制器和关节角度传感器，所述压力传感器用于对车轮进行轮端压力检测，所述三轴加速度传感器用于检测车身倾角并输出车身倾角反馈信号，所述关节角度传感器用于检测各关节的倾角、各关节的相对角度值及机器人的车体重心；所述中央控制芯片通过CAN总线与底层控制器双向连接；所述底层控制器的第一输出端连接所述关节电机驱动控制器的输入端，所述底层控制器的第二输出端连接所述车轮电机驱动控制器的输入端，所述底层控制器的第一输入端连接所述压力传感器的输出端，所述底层控制器的第二输入端连接所述关节角度传感器的输出端，所述中央控制芯片的输入端 与所述三轴加速度传感器的输出端连接；其特征在于包括以下步骤:步骤一、中央控制芯片初始化，设定车身倾角阈值Θ ^、轮端压力阈值Ftl和车体重心阈值H。；步骤二、中央控制芯片采集车身倾角值Θ和轮端压力值F ;步骤三、判断车身倾角值Θ是否大于车身倾角阈值θ > Θ ^时，执行下一个步骤，否则重复执行步骤三；步骤四、计算当前车体重心值H并判断车体倾斜方向；设定车身横向倾角值为0y，车身纵向倾角值为θχ，当0x-0y〈O时，车体为横向倾斜，执行步骤五；当θ χ- θ y>0时，车体为纵向倾斜，执行步骤六；步骤五、当Θ y<0时，车体为左倾，设定机器人右前轮端压力值为Frf，右后轮端压力值为Frh，右侧轮端压力差为IF1I, IF11 =Frf-Frh，当IF11〈F。时，判断H-Htl是否大于0，当H-HtlX)时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制右侧车轮降低；当Η-Η0<0时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制左侧车轮抬高；当IF11 >F0时，判断F1的正负，当F1X)时，判断H-Htl是否大于O，当H-HtlX)时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制右前轮抬高，当Η-Η/0时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制右后轮降低；当F1W时，判断H-Htl是否大于O，当H-HtlX)时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制右后轮抬高，当Η-Η/0时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制右前轮降低；当ey>0时，车体为右倾，设定机器人左前轮端压力值为Flf，左后轮端压力值为Flh,左侧轮端压力差为IF21，IF21 =Flf-Flh,当IF21〈F。时，判断H-Htl是否大于0，当H-Hq>0时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制左侧车轮降低；当Η-Η/0时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制右侧车轮抬高；当If2^fci时，判断F2的正负，当F2>0时，判断H-Htl是否大于0，当H-HtlX)时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制左前轮抬高，当Η-Η/0时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制左后轮降低；当F2〈0时，判断H-Htl是否大于0，当H-HtlX)时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制左后轮抬高，当Η-Η/0时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制左前轮降低；步骤六、当θ χ<0时，车体为前倾，设定机器人右后轮端压力值为Fril,左后轮端压力值为Flh，后侧轮端压力差为IF31，IF31 =Frh-Flh，当IF31〈F。时，判断H-Htl是否大于0，当H-HtlX)时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制后侧车轮抬高；当Η-Η/0时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制前侧车轮降低；当If3^fci时，判断F3的正负，当F3>0时，判断H-Htl是否大于0，当H-HtlX)时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制右后轮抬高，当Η-Η/0时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制右前轮降低；当F3〈0时，判断H-Htl是否大于0，当H-HtlX)时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制左后轮抬高，当Η-Η/0时，中央控制芯片 发送指令给底层控制器，底层控制器控制左前轮降低；当θ χ>0时，车体为后倾，设定机器人右前轮端压力值为Frt，左前轮端压力值为Flf，前侧轮端压力差为If4I，当I匕|〈匕时，判断H-Htl是否大于0，当H-HtlX)时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制前侧车轮抬高；当Η-Η/0时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制后侧车轮降低；当If4^fci时，判断F4的正负，当f4>o时，判断H-Htl是否大于0，当H-HtlX)时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制右前轮抬高，当Η-Η/0时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制右后轮降低；当F4〈0时，判断H-Hci是否大于0，当H-HtlX)时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制左前轮抬高，当Η-Η/0时，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器控制左后轮降低。进一步的，所述轮腿式机器人控制系统还包括上位机，所述上位机双向连接有第一无线收发模块，所述中央控制芯片双向连接有第二无线收发模块，所述第一无线收发模块与所述第二无线收发模块之间通过无线信号进行数据交互；所述控制方法还包括通过上位机控制轮腿式机器人动作的步骤；上位机发送速度与转向指令给中央控制芯片，中央控制芯片发送指令给底层控制器，底层控制器发送信号给所述关节电机驱动控制器和车轮电机驱动控制器，所述关节电机驱动控制器和车轮电机驱动控制器根据接收到的信号控制相应的电机动作。本专利技术的有益效果是:本专利技术通过安装在车身上的三轴加速度传感器检测车身倾角，输出车身倾角反馈信号，中心控制芯片通过接收到的反馈信号控制腿部运动，使车身恢复水平，本专利技术能够让车轮所受压力趋于平均，使各轮负载转矩均匀分布，能够确保在崎岖路面上所有车轮都能与地面接触,大幅度提升车辆行驶稳定性。附图说明图1是轮腿式机器人控制系统一具体实施方式的电路原理示意图。图2是本专利技术的流程示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明: 如图1所示，一种轮腿式机器人控制系统，包括中央控制芯片1、底层控制器2、安装在机器人车身上的三轴加速度传感器3、安装在车轮端部的压力传感器4、关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轮腿式机器人的控制方法，轮腿式机器人控制系统包括中央控制芯片（1）、底层控制器（2）、安装在机器人车身上的三轴加速度传感器（3）、安装在车轮端部的压力传感器（4）、关节电机驱动控制器（5）、车轮电机驱动控制器（6）和关节角度传感器（7），所述压力传感器（4）用于对车轮进行轮端压力检测，所述三轴加速度传感器（3）用于检测车身倾角并输出车身倾角反馈信号，所述关节角度传感器（7）用于检测各关节的倾角、各关节的相对角度值及机器人的车体重心；所述中央控制芯片（1）通过CAN总线与底层控制器（2）双向连接；所述底层控制器（2）的第一输出端连接所述关节电机驱动控制器（5）的输入端，所述底层控制器（2）的第二输出端连接所述车轮电机驱动控制器（6）的输入端，所述底层控制器（2）的第一输入端连接所述压力传感器（4）的输出端，所述底层控制器（2）的第二输入端连接所述关节角度传感器（7）的输出端，所述中央控制芯片（1）的输入端与所述三轴加速度传感器（3）的输出端连接；其特征在于包括以下步骤：步骤一、中央控制芯片（1）初始化，设定车身倾角阈值θ0、轮端压力阈值F0和车体重心阈值H0；步骤二、中央控制芯片（1）采集车身倾角值θ和轮端压力值F；步骤三、判断车身倾角值θ是否大于车身倾角阈值θ0，当θ>θ0时，执行下一个步骤，否则重复执行步骤三；步骤四、计算当前车体重心值H并判断车体倾斜方向；设定车身横向倾角值为θy，车身纵向倾角值为θx，当θx?θy0时，车体为纵向倾斜，执行步骤六；步骤五、当θy0时，中央控制芯片（1）发送指令给底层控制器（2），底层控制器（2）控制右侧车轮降低；当H?H0F0时，判断F1的正负，当F1>0时，判断H?H0是否大于0，当H?H0>0时，中央控制芯片（1）发送指令给底层控制器（2），底层控制器（2）控制右前轮抬高，当H?H00时，中央控制芯片（1）发送指令给底层控制器（2），底层控制器（2）控制右后轮抬高，当H?H00时，车体为右倾，设定机器人左前轮端压力值为Flf，左后轮端压力值为Flh，左侧轮端压力差为|F2|，|F2|=Flf?Flh，当|F2|0时，中央控制芯片（1）发送指令给底层控制器（2），底层控制器（2）控制左侧车轮降低；当H?H0F0时，判断F2的正负，当F2>0时，判断H?H0是否大于0，当H?H0>0时，中央控制芯片（1）发送指令给底层控制器（2），底层控制器（2）控制左前轮抬高，当H?H00时，中央控制芯片（1） 发送指令给底层控制器（2），底层控制器（2）控制左后轮抬高，当H?H00时，中央控制芯片（1）发送指令给底层控制器（2），底层控制器（2）控制后侧车轮抬高；当H?H0F0时，判断F3的正负，当F3>0时，判断H?H0是否大于0，当H?H0>0时，中央控制芯片（1）发送指令给底层控制器（2），底层控制器（2）控制右后轮抬高，当H?H00时，中央控制芯片（1）发送指令给底层控制器（2），底层控制器（2）控制左后轮抬高，当H?H00时，车体为后倾，设定机器人右前轮端压力值为Frf，左前轮端压力值为Flf，前侧轮端压力差为|F4|，当|F4|0时，中央控制芯片（1）发送指令给底层控制器（2），底层控制器（2）控制前侧车轮抬高；当H?H0F0时，判断F4的正负，当F4>0时，判断H?H0是否大于0，当H?H0>0时，中央控制芯片（1）发送指令给底层控制器（2），底层控制器（2）控制右前轮抬高，当H?H00时，中央控制芯片（1）发送指令给底层控制器（2），底层控制器（2）控制左前轮抬高，当H?H0<0时，中央控制芯片（1）发送指令给底层控制器（2），底层控制器（2）控制左后轮降低。...

【技术特征摘要】
1.一种轮腿式机器人的控制方法，轮腿式机器人控制系统包括中央控制芯片(I)、底层控制器(2)、安装在机器人车身上的三轴加速度传感器(3)、安装在车轮端部的压力传感器(4)、关节电机驱动控制器(5)、车轮电机驱动控制器(6)和关节角度传感器(7)，所述压力传感器(4)用于对车轮进行轮端压力检测，所述三轴加速度传感器(3)用于检测车身倾角并输出车身倾角反馈信号，所述关节角度传感器(7)用于检测各关节的倾角、各关节的相对角度值及机器人的车体重心；所述中央控制芯片(I)通过CAN总线与底层控制器(2)双向连接；所述底层控制器(2)的第一输出端连接所述关节电机驱动控制器(5)的输入端，所述底层控制器(2)的第二输出端连接所述车轮电机驱动控制器(6)的输入端，所述底层控制器(2)的第一输入端连接所述压力传感器(4)的输出端，所述底层控制器(2)的第二输入端连接所述关节角度传感器(7)的输出端，所述中央控制芯片(I)的输入端与所述三轴加速度传感器(3)的输出端连接；其特征在于包括以下步骤: 步骤一、中央控制芯片(I)初始化，设定车身倾角阈值Θ C1、轮端压力阈值Ftl和车体重心阈值H0 ； 步骤二、中央控制芯片(I)采集车身倾角值Θ和轮端压力值F ; 步骤三、判断车身倾角值Θ是否大于车身倾角阈值Qtl，当时，执行下一个步骤，否则重复执行步骤三； 步骤四、计算当前车体重心值H并判断车体倾斜方向； 设定车身横向倾角值为Qy，车身纵向倾角值为ΘΧ，当0x-0y〈o时，车体为横向倾斜，执行步骤五；当θ χ- Θ y>0时，车体为纵向倾斜，执行步骤六； 步骤五、当Θ y〈0时，车体为左倾，设定机器人右前轮端压力值为Frf，右后轮端压力值为Fril,右侧轮端压力差为IF11，IF11 =Frf-Frh,当IF11 <F0时，判断H-Htl是否大于O，当H-Hq>0时，中央控制芯片(I)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右侧车轮降低；当Η-Η0< 0时，中央控制芯片(I)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制左侧车轮抬高；当IF11 YciWJljWF1的正负，当F1X)时，判断H-Htl是否大于O，当H-HtlX)时，中央控制芯片(I)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右前轮抬高，当Η-Η/0时，中央控制芯片(I)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右后轮降低；当匕〈0时，判断H-Htl是否大于O，当H-HtlX)时，中央控制芯片(I)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右后轮抬高，当Η-Η/0时，中央控制芯片(I)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右前轮降低； 当Θ y>0时，车体为右倾，设定机器人左前轮端压力值为Flf，左后轮端压力值为Flh，左侧轮端压力差为IF21，IF21 =Flf-Flh,当IF21 <F0时，判断H-Htl是否大于O，当H-HtlX)时，中央控制芯片(I)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制左侧车轮降低；iH-H(l〈0时，中央控制芯片(I)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右侧车轮抬高；当IF21 >F0时，判断F2的正负，当F2>0时，判断H-Htl是否大于O，当H-HtlX)时，中央控制芯片(I)发送指令...

【专利技术属性】
技术研发人员：李奇敏，温皓宇，罗洋，端赣来，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：