一种静态非稳定轮式移动机器人及其控制方法技术

本发明专利技术涉及双轮平衡车的技术领域，更具体地，涉及一种静态非稳定轮式移动机器人及其控制方法，包括设于所述前板的第一平衡装置、连接于所述第一平衡装置输出端的第一配重块、设于所述后板的第二平衡装置、及连接于第二平衡装置输出端的第二配重块，本发明专利技术的一种静态非稳定轮式移动机器人在进行急转弯时，通过控制分别设于前板和后板的第一配重块和第二配重块转动所形成的扭矩会产生抵消机器人倾倒的力矩，以维持机器人在转弯过程中的平衡状态，延长机器人转弯过程中的平衡状态的时间，从而实现机器人进行最小转弯半径的急转弯，满足狭窄区域内高效灵活的转弯需求，有效解决了现有技术中转弯半径过大、转弯不稳定的技术问题。转弯不稳定的技术问题。转弯不稳定的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种静态非稳定轮式移动机器人及其控制方法


[0001]本专利技术涉及双轮平衡车的
，更具体地，涉及一种静态非稳定轮式移动机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]目前出现的两轮自平衡小车均以两轮呈左右排布，这种排布的小车宽度较大，其排布方式并不适用于狭窄区域内灵活移动。而现有的自行车机器人虽然两轮前后排布，但其仅依靠前轮进行转向，后轮被动进行转弯，难以适应狭窄区域内高效灵活的转弯需求。
[0003]现有技术公开了一种自动控制的动态平衡双轮机器人，主要包括前平衡板、后摇摆板、前惰轮、后惰轮、丝杆、丝杆固定座、丝杆电机、减速电机、连接块、传感器组、电池组和控制器。该方案采用丝杆电机改变前平衡板重心的方法来实现双轮机器人高效转弯、直线提速的目的。
[0004]然而现有技术的双轮机器人在转弯时，减速电机配合丝杆电机驱动后摇摆板向相反方向倾斜并锁定一段时间，在形成锁定的这段时间里车身处于倾斜状态，只能保持短暂的平衡，锁定时间过长会导致车身侧翻，减速电机和丝杆电机需要在车身侧翻之前配合使车身恢复摇摆蜿蜒前行状态以保持车身平衡，所以短暂的平衡状态使现有技术的双轮机器人的转弯半径过大，难以满足狭窄区域内高效灵活的转弯需求，存在转弯半径过大、转弯不稳定的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中转弯半径过大、转弯不稳定的不足，提供一种静态非稳定轮式移动机器人及其控制方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]提供一种静态非稳定轮式移动机器人，包括前板、转动连接于所述前板的后板、分别转动设于所述前板和所述后板的轮架、转动装配于所述轮架的脚轮、设于所述前板的第一平衡装置和第一配重块、设于所述后板的第二平衡装置和第二配重块，所述第一平衡装置可控制所述第一配重块相对所述前板平面移动且驱动所述第一配重块转动，所述第二平衡装置可控制所述第二配重块相对所述后板平面移动且驱动所述第二配重块转动，所述第一配重块和第二配重块的移动方向垂直于所述前板相对所述后板的转轴。
[0008]本专利技术的一种静态非稳定轮式移动机器人，由于相对前板平面移动的第一配重块和相对后板平面移动的第二配重块的移动方向垂直于前板相对后板的转轴，利用第一平衡装置和第二平衡装置控制第一配重块和第二配重块交错摆动，间接控制前板与后板反复地来回相对旋转一定角度，使机器人蜿蜒运动前行达到平衡状态，当机器人在急转弯时，前板和后板相对旋转角度需要维持一定时间，这个状态极易受到干扰，使机器人整体向转弯方向倾斜，由于在倾斜的过程中为了保持车身的转弯状态，此时控制第二平衡装置驱动第一配重块转动、第四平衡装置驱动第二配重块转动，第一配重块和第二配重块转动所形成的
扭矩会产生抵消机器人倾倒的力矩，以维持机器人在转弯过程中的平衡状态，延长机器人转弯过程中的平衡状态的时间，从而实现机器人进行最小转弯半径的急转弯，满足狭窄区域内高效灵活的转弯需求，有效解决了现有技术中转弯半径过大、转弯不稳定的技术问题。
[0009]进一步地，所述第一平衡装置包括设于所述前板的第一固定座、设于所述第一固定座的第一驱动装置、及一端连接于所述第一驱动装置的输出端的第一摆杆，所述第一配重块转动连接于所述第一摆杆的另一端，所述第一驱动装置可驱动所述第一摆杆绕一端转动，所述第一配重块内设有用于驱动自身相对所述第一摆杆转动的第二驱动装置。利用第一驱动装置驱动第一摆杆摆动，间接带动连接于第一摆杆另一端的第一配重块摆动，实现第一配重块相对前板的移动，具有易于控制，移动速度快，惯性力大的优点，并且在第一配重块内设置用于驱动自身相对第一摆杆转动的第二驱动装置，实现第一配重块的转动。
[0010]进一步地，所述第二平衡装置包括设于所述后板的第二固定座、设于所述第二固定座的第三驱动装置、及一端连接于所述第三驱动装置的输出端的第二摆杆，所述第二配重块转动连接于所述第二摆杆的另一端，所述第三驱动装置可驱动所述第二摆杆绕一端转动,所述第二配重块内设有用于驱动自身相对所述第二摆杆转动的第四驱动装置。设置第二平衡装置与第一平衡装置采用相同结构，使前后板的相对转动更加协调，更易于控制车身的平衡。
[0011]进一步地，所述第二驱动装置和所述第四驱动装置为轮毂电机。轮毂电机常用于单个车轮驱动，具有独立驱动的特性，将轮毂电机设置在第一配重块和第二配重块内驱动二者转动，便于实现第一配重块和第二配重块的独立转动，并且轮毂电机加速快、转速极限高，可以迅速并持续输出扭矩，快速稳定车身并延长车身平衡状态的时间。
[0012]进一步地，所述第一配重块和所述第二配重块为飞轮。飞轮不仅具有转动惯量分布均匀的特点，并且飞轮的转动惯量大，易于控制转速，稳定输出扭矩。
[0013]进一步地，所述前板设有控制器，所述前板前端和所述后板后端分别设有用于检测横滚角的惯性测量单元，所述第一驱动装置和第三驱动装置分别连接有用于检测转角和转速的第一传感器，所述第二驱动装置和第四驱动装置分别连接有用于检测转速和转动加速度的第二传感器，所述脚轮连接有用于检测转速的第三传感器，所述惯性测量单元、第一传感器、第二传感器以及第三传感器均信号连接于所述控制器，所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置以及第四驱动装置均信号连接于所述控制器。设于第一驱动装置和第三驱动装置的第一传感器分别用于检测二者的转角和转速，从而监测第一摆杆和第二摆杆的摆动幅度和摆动频率；设于第二驱动装置和第四驱动装置的第二传感器分别用于监测第一配重块和第二配重块的转速和转动加速度；分别设于前板前端和后板后端的惯性测量单元用于监测前板相对后板的横滚角信息，控制二者的动态平衡转动；设于脚轮第三传感器用于监测脚轮的转速从而监测车身的前进速度；控制器用于使各机构按照设定的程序或配置的指令进行配合运动，具有智能化和自动化的优点。
[0014]进一步地，所述控制器还信号连接有报警器。当控制器无法接收到所有传感器反馈的电信号时，意味着某个或某些传感器损坏，就会控制报警器报警提醒用户检查故障。
[0015]本专利技术还提供一种静态非稳定轮式移动机器人的控制方法，包括：
[0016]S1.将机器人放置于临界平衡位置，上电启动机器人；
[0017]S2.启动控制器，检查所述惯性测量单元、第一传感器、第二传感器以及第三传感
器是否可以正常运行，若不可正常运行，则进行人工检查；若均可正常运行，则转至步骤S3；
[0018]S3.启动所述第一驱动装置驱动所述第一摆杆带动所述第一配重块摆动，同时启动所述第三驱动装置驱动所述第二摆杆带动所述第二配重块摆动，使第一配重块和第二配重块形成交错摆动，从而调节所述前板和后板水平方向的平衡，使机器人在蜿蜒前行运动下处于平衡状态。
[0019]本专利技术的一种静态非稳定轮式移动机器人的控制方法，通过第一驱动装置驱动所述第一摆杆带动所述第一配重块摆动、第三驱动装置驱动所述第二摆杆带动所述第二配重块摆动，使第一配重块和第二配重块形成交错摆动，使机器人在小幅度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种静态非稳定轮式移动机器人，其特征在于：包括前板(100)、转动连接于所述前板(100)的后板(200)、分别转动设于所述前板(100)和所述后板(200)的轮架(300)、转动装配于所述轮架(300)的脚轮(310)、设于所述前板(100)的第一平衡装置(400)和第一配重块(410)、设于所述后板(200)的第二平衡装置(500)和第二配重块(510)，所述第一平衡装置(400)可控制所述第一配重块(410)相对所述前板(100)平面移动且驱动所述第一配重块(410)转动，所述第二平衡装置(500)可控制所述第二配重块(510)相对所述后板(200)平面移动且驱动所述第二配重块(510)转动，所述第一配重块(410)和第二配重块(510)的移动方向垂直于所述前板(100)相对所述后板(200)的转轴。2.根据权利要求1所述的一种静态非稳定轮式移动机器人，其特征在于：所述第一平衡装置(400)包括设于所述前板(100)的第一固定座(420)、设于所述第一固定座(420)的第一驱动装置(430)、及一端连接于所述第一驱动装置(430)的输出端的第一摆杆(440)，所述第一配重块(410)转动连接于所述第一摆杆(440)的另一端，所述第一驱动装置(430)可驱动所述第一摆杆(440)绕一端转动，所述第一配重块(410)内设有用于驱动自身相对所述第一摆杆(440)转动的第二驱动装置。3.根据权利要求2所述的一种静态非稳定轮式移动机器人，其特征在于：所述第二平衡装置(500)包括设于所述后板(200)的第二固定座(520)、设于所述第二固定座(520)的第三驱动装置(530)、及一端连接于所述第三驱动装置(530)的输出端的第二摆杆(540)，所述第二配重块(510)转动连接于所述第二摆杆(540)的另一端，所述第三驱动装置(530)可驱动所述第二摆杆(540)绕一端转动,所述第二配重块(510)内设有用于驱动自身相对所述第二摆杆(540)转动的第四驱动装置。4.根据权利要求3所述的一种静态非稳定轮式移动机器人，其特征在于：所述第二驱动装置和所述第四驱动装置为轮毂电机。5.根据权利要求1所述的一种静态非稳定轮式移动机器人，其特征在于：所述第一配重块(410)和所述第二配重块(510)为飞轮。6.根据权利要求3所述的一种静态非稳定轮式移动机器人，其特征在于：所述前板(100)设有控制器(600)，所述前板(100)前端和所述后板(200)后端分别设有用于检测横滚角的惯性测量单元(700)，所述第一驱动装置(430)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：管贻生，曾俊皓，贺思汉，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：