[发明专利]一种摩托车型机器人的自动平衡装置及方法

说明书

本发明公开了一种摩托车型机器人的自动平衡装置及方法，该自平衡装置应用于摩托车型机器人，摩托车型机器人与该自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摩托车型机器人的直立自平衡；其中，自平衡装置包括用于检测所述车体左右倾斜的姿态数据的姿态采集器，动量轮，带动所述动量轮转动的电机，分别与姿态采集器和电机连接的车体控制器，车体控制器获取姿态数据以及动量轮的转动数据，利用控制算法控制电机输出与姿态数据和转动数据对应的电机转动数据，从而控制动量轮转动，实现摩托车型机器人的直立自平衡。

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，特别是涉及一种摩托车型机器人的自动平衡装置及方法。

背景技术

传统轮式机器人至少具备一个驱动轮和两个与驱动轮不在一条直线上的支撑轮，致使机器人宽度方向尺寸较大，使机器人在狭窄环境中难以运动和行进，影响对狭窄环境进行相应的搜寻或探测等功能。对于两轮轴线平行的摩托车或自行车来说其宽度方形尺寸较小，但摩托车或自行车是通过人控制其在狭小空间的直立平衡，而对于该类似形状的机器人来说没有相应的自动平衡手段来保证其直立平衡，因此如何解决在狭窄环境下使机器人具备自平衡功能是本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种摩托车型机器人的自动平衡装置及方法，以使该摩托车型机器人在狭窄环境下具备自平衡功能。

为实现上述目的，本发明提供了一种摩托车型机器人的自动平衡装置，所述自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。

可选的，所述自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，所述电子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。

可选的，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。

可选的，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。

本发明还提供了一种摩托车型机器人的自动平衡方法，利用上述的自动平衡装置实现的自动平衡方法，所述方法包括：

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；