[发明专利]一种站坐两用式的双轮自平衡车及其平衡控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及短途代步车领域，特别是涉及一种站坐两用式的双轮自平衡车及其平衡控制方法。

背景技术

双轮自平衡车是一种智能移动机器人，属于轮式倒立摆机器人的一种。其作为一种短途代步工具，双轮自平衡车的许多优点，使其具有很好的实用价值和市场前景。

现有的双轮自平衡车产品均为体感操作方式，驾驶人站在踏板上，通过改变身体重心来操作双轮自平衡车前进、后退和停止，长距离行驶会产生驾驶疲劳。

中国专利CN200610052273中公开了一种立坐两用式自平衡两轮车，该车虽然具有立式和坐式两种操作方式，但其工作原理是靠驾驶人改变身体重心，这样对于坐式操作方式来说会有不舒适感。

传统站式平衡车和上述专利中所述立坐两用平衡车，其车身倾角均是靠人体前倾后仰来改变，如果在坐式驾驶中依然靠身体重心的主动移动来改变车身倾角，则是一种很糟糕的驾驶体验，增加驾驶人的疲劳感。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种站坐两用式的双轮自平衡车及其平衡控制方法，其采用体感和电动调速的双操作模式，站立式操作对应体感模式，坐式操作对应油门模式，在保留体感操作方式的同时提高了驾驶的舒适性。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种站坐两用式双轮自平衡车的平衡控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)采集电池电压，判断电池电压正常是否正常，若是，则进入步骤(2)，若否，则平衡车不启动，并且若驾驶者尝试启动，则提示充电；

(2)判断自平衡车是否处于锁车状态，若是，则自平衡车无法启动，等待解锁；若否，则进入步骤(3)；

(3)脚踏传感器采集脚踏信号，从而判断是否有脚踩在自平衡车踏板上，若是，则获取此时的车主体俯仰角θ_P，若此俯仰角θ_P在-5°～5°范围内，表明驾驶者试图驾驶平衡车，则进入步骤(4)，若否，则不启动自平衡车并继续获取脚踏传感器信号；

(4)采集自平衡车当前的俯仰角θ_P和俯仰角速度采集左右伺服电机的编码器数据，从而分别得到左右车轮的转速；采集车龙头右电动调速转把组件的霍尔传感器的输出电压数据，从而获取油门信号；采集转向组件的输出电压信号，从而获得车主体转向信息；根据采集到的自平衡车的俯仰角θ_P、俯仰角速度和左右车轮转速的信息，结合油门信号和转向操作息，通过运动控制组件控制左车轮的左伺服电机和右车轮的右伺服电机的驱动电压，从而使车主体在直行和转弯过程中保持平衡。

优选地，自平衡车的直行遵循以下状态微分方程：

其中，X_M,θ_P,分别表示自平衡车直行位移、直行速度、直行加速度、俯仰角、俯仰角速度和俯仰角加速度，U_θ＝U_L+U_R，并且U_L和U_R分别表示左右伺服电机的给定电压。

优选地，自平衡车的转弯过程遵循以下状态微分方程为：

其中，状态量分别表示自平衡车转向角、转向角速度和转向角加速度，并且U_L和U_R分别表示左右伺服电机的给定电压。

优选地，自平衡车的直行遵循以下状态微分方程：

其中X_M,θ_P,分别表示自平衡车直行的位移、直行速度、直行加速度、俯仰角、俯仰角速度和俯仰角加速度，U_θ＝U_L+U_R，并且U_L和U_R分别表示左右伺服电机的给定电压；

自平衡车的转弯过程遵循以下状态微分方程为：

其中状态量分别表示自平衡车转向角、转向角速度和转向角加速度，

采用的解耦公式为：

采用极点配置法设计状态反馈控制器，其矩阵表达式为u＝-K_Px+v，其中,K_P为反馈增益矩阵，v为参考输入值，即右电动调速转把组件的霍尔传感器的输出电压和转向组件的电位器的输出电压；然后再将u代入所述解耦公式即得到左右伺服电机的给定电压U_L和U_R；