[发明专利]一种摩托车型机器人的自动平衡装置及方法

权利要求书

1.一种摩托车型机器人的自动平衡装置，其特征在于，所述自动平衡装置应用于摩托车型机器人，所述摩托车型机器人包括前轮、后轮以及设于前轮与后轮之间的车体；所述自动平衡装置固定设于所述车体上，所述摩托车型机器人与所述自动平衡装置构成具有两点支撑的单维倒立摆结构，利用倒立摆原理中的动量交换原理，根据动量守恒定律实现所述摩托车型机器人的直立自平衡；其中，所述自动平衡装置包括：

姿态采集器，所述姿态采集器设于所述车体上，用于检测所述车体左右倾斜的姿态数据；

动量轮，所述动量轮的转轴的轴线方向平行于所述摩托车型机器人前进方向或后退方向，且所述动量轮的转动方向垂直于所述摩托车型机器人前进方向或后退方向；

电机，所述电机的输出轴与所述动量轮的转轴连接，带动所述动量轮转动；

车体控制器，分别与所述姿态采集器和所述电机连接，所述车体控制器获取所述姿态采集器采集的姿态数据以及所述动量轮的转动数据，利用控制算法控制所述电机输出与所述姿态数据和所述转动数据对应的电机转动数据，从而控制所述电机驱动所述动量轮转动，实现所述摩托车型机器人的直立自平衡，具体方法包括：

获取摩托车型机器人车体倾斜的姿态数据；

根据所述姿态数据利用姿态测量模型计算车体倾斜角度和车体倾斜角速度；

获取动量轮的当前角速度；

根据所述车体倾斜角度、所述车体倾斜角速度和所述当前角速度利用控制算法确定电机目标转矩；

控制电机按照所述电机目标转矩转动，同时由所述电机带动所述动量轮转动，得到所述车体调整后的修正姿态数据；

判断所述修正姿态数据是否等于所述车体的直立自平衡姿态数据，得到判断结果；

当所述判断结果表示是时，确定所述车体处于直立自平衡状态；

当所述判断结果表示否时，返回所述“获取摩托车型机器人车体倾斜的姿态数据”的步骤。

2.根据权利要求1所述的自动平衡装置，其特征在于，所述自动平衡装置还包括电机驱动器、动量轮控制器和电源，所述电机驱动器、所述动量轮控制器以及电源分别与所述电机的定子电连接，所述电机的转子与所述动量轮连接；所述电机驱动器、所述动量轮控制器、所述姿态采集器与所述车体控制器集成于一电路板，所述电路板固定设于所述车体上；所述车体控制器将控制指令传送至所述动量轮控制器，所述动量轮控制器控制所述电机驱动器驱动所述电机的转子转动，所述电机的转子带动所述电机的输出轴转动从而带动所述动量轮转动。

3.根据权利要求2所述的自动平衡装置，其特征在于，所述姿态采集器包括两组三轴加速度计，用于检测所述车体倾斜时的六组加速度。

4.根据权利要求2所述的自动平衡装置，其特征在于，所述姿态采集器包括两组三轴加速度计和两组三轴陀螺仪，所述两组三轴加速度计用于检测所述车体倾斜时的六组加速度，所述两组三轴陀螺仪用于检测所述车体倾斜时的六组角加速度。