[发明专利]一种机器人骑自行车装置及控制方法

权利要求书

1.一种机器人骑自行车控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，通过动力学建模及分析确定车体横滚角与驱动平衡轮电机输出量之间的关系；

S2，控制车体进行曲线运动，观察在不同驱动速度、不同转把角度下进行曲线运动时车体平衡的控制响应，并因此制定被控对象目标；

S3，根据S1和S2调试的情况制定相关路径规划或者循迹行驶方案；

S4，根据实际调试情况使用智能控制算法对系统进行优化和改善。

2.根据权利要求1所述的机器人骑自行车控制方法，其特征在于，在S1中，首先将整个自行车车体简化为几何模型，前车把固定至中位、转角0度的位置，将“机器人”系统视为固定在车座部位的一个固定负载；通过对车体各部分质量、几何关系的线性叠加，推断出车体整体重心的位置；根据惯性轮的固定位置、转动惯量和质量推导出当惯性轮转动时，惯性轮加速或反向减速转动产生的横向力同车体侧向横滚倾倒时，重力作用在车体上横向倾倒的分力相抵消的力矩等式，从而建立其动力学模型；根据相关函数关系，最先使用传统PID控制算法设计控制器，使控制器可以根据车体横滚倾角、横滚倾角的加速度或者其他检测量实时或者提前输出电机控制量。

3.根据权利要求1所述的机器人骑自行车控制方法，其特征在于，在S2中，通过车轮前后接地点之间距离、车把转角等相关量推导出转弯半径大小；根据转弯时的驱动速度、转弯半径及系统整体质量计算得出系统向心力大小，再次根据力矩相等得出车体应该保持的倾角度数；根据车体应当保持横滚角的角度与驱动速度、车把转角的关系，再次使用传统PID控制算法设计曲线运动平衡控制器，使控制器可以根据车体横滚倾角、横滚倾角的加速度、驱动速度和车把转角以及其他检测量实时或者提前输出电机控制量，使车体保持一定倾角，保证可以平稳快速地实现曲线运动。

4.根据权利要求1所述的机器人骑自行车控制方法，其特征在于，在S3中，若车体运行比较稳定且在正常直线前进、转弯行进时抖动、误差很小，使用车载高精度编码器及陀螺仪实时运算计算当前位置；若实际调试结果误差较大或者要实现循迹，则使用线阵CCD，通过检测铺设在与背景地面颜色区别较大的颜色色条，时刻校正车体沿色条行驶。

5.根据权利要求1所述的机器人骑自行车装置及控制方法，其特征在于，在S4中，智能控制算法包含模糊参数自整定PID控制算法和参数自适应算法，同时通过与蓝牙或者WIFI模块通讯，使用电脑或者编写安卓控制APP通过手机、平板等终端控制。

6.一种机器人骑自行车装置，其特征在于，采用32路舵机控制板，通过与STM32单片机通讯工作方式，STM32单片机发送控制指令，每条“腿”的3个舵机“腿蹬”脚踏板的一周被分为20个位置点，通过周期性顺序发送每个位置点实现对多舵机的同时控制。