[发明专利]一种自平衡机器人姿态控制方法及系统

权利要求书

1.一种自平衡机器人姿态控制系统，其特征在于，该系统包括主控制模块、电机驱动模块、传感器模块、参数调整模块；所述参数调整模块包括PID控制器，用于机器人控制系统中关于PID参数的调整，其中，所述PID参数包括PID初始量、PID控制量和PID反馈量，所述PID参数通过CAN帧格式初始化，用于实现不断电地实时进行自平衡机器人的重心矫正调试；所述传感器模块、参数调整模块和电机驱动模块分别与主控制模块相互通信连接进行控制。

2.根据权利要求1所述的自平衡机器人姿态控制系统，其特征在于，所述PID初始量为自平衡机器人在静止时检测机器人重心与铅直线的偏置角度，所述PID反馈量为自平衡机器人的传感器采集数据进行滤波后得到的姿态倾角；PID控制量由主控制模块自定义。

3.根据权利要求1所述的自平衡机器人姿态控制系统，其特征在于，该系统还包括滤波器模块，其中，所述滤波器模块采用卡尔曼滤波器滤波，能够有效地滤除传感器采集数据的噪声和干扰，得到机器人稳定的姿态倾角。

4.根据权利要求1或2所述的自平衡机器人姿态控制系统，其特征在于，所述主控制模块采用数字信号处理芯片作为主控芯片，分别通过不同地通信方式与传感器和电机驱动模块进行通信；所述传感器模块包括加速度计和陀螺仪的六轴运动传感器，并将陀螺仪的输出值作为滤波器模块的状态控制量、加速度计的输出值作为滤波器模块的输入量，该输入量经过滤波器模块得到稳定的机器人姿态倾角。

5.根据权利要求1或3或4所述的自平衡机器人姿态控制系统，其特征在于，所述主控制模块通过I2C通信方式与传感器模块相互通信连接，所述主控制模块与滤波器模块相连接，所述主控制模块通过CAN通信方式与电机驱动模块相互通信连接，所述主控制模块通过CAN通信方式与参数调整模块相互通信连接。

6.根据权利要求8所述的自平衡机器人姿态控制系统，其特征在于，所述主控制模块通过I2C通信方式与传感器模块相互通信连接，所述主控制模块通过CAN通信方式接收外部指令，所述主控制模块通过CAN通信方式与电机驱动模块相互通信连接。

7.根据权利要求1所述的自平衡机器人姿态控制系统，其特征在于，所述主控制模块通过CAN帧ID值的不同来区分重心偏置数据和PID参数，其中，所述重心偏置数据为自平衡机器人在运动时检测机器人重心与铅直线的偏置角度。

8.一种自平衡机器人姿态控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、自平衡机器人的参数调整模块对该机器人的重心进行重心矫正操作并进行上电运行；

S2、所述自平衡机器人的主控制模块对机器人进行初始化设置；

S3、所述主控制模块驱动电机运行；

S4、所述主控制模块判断定时中断是否产生，如果是则进行步骤S5，否则进行步骤S4；

S5、所述主控制模块通过传感器模块检测出机器人的姿态倾角并通过滤波器模块进行过滤整合得到稳定的姿态倾角；

S6、所述主控制模块判断机器人是否平衡，如果是则进行步骤S7，如果否则步骤S8；

S7、所述自平衡机器人判断是否结束，如果是则结束步骤，如果否则进行步骤S3；

S8、所述自平衡机器人的PID姿态控制器判断是否需要调整PID参数，如果是则进行步骤S2，否则进行步骤S3。

9.根据权利要求8所述的自平衡机器人姿态控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：

S21、所述自平衡机器人系统初始化主控制模块的时钟、中断等数据；

S22、所述自平衡机器人初始化PID参数，用于保证在调试机器人姿态控制中能够不断电地随时调整PID参数，优化控制效果；

S23、所述自平衡机器人初始化所述主控制模块与电机驱动模块和传感器模块之间的通信接口。

10.根据权利要求8所述的自平衡机器人姿态控制方法，其特征在于，所述步骤S5包括如下步骤：

S51、设定定时中断Ts，每Ts作为一个检测周期，在每个检测周期内，所述自平衡机器人的控制系统分别读取第一传感器的第一采集数据和第二传感器的第二采集数据；

S52、所述自平衡机器人的控制系统通过滤波器模块对第一采集数据和第二采集数据进行数据融合，得到所述自平衡机器人的姿态倾角。