[发明专利]一种基于智能演化的自平衡无人驾驶自行车及其竞争与合作的控制方法

说明书

本发明公开了一种基于智能演化的自平衡无人驾驶自行车及其竞争与合作的控制方法，该自平衡无人驾驶自行车包括自行车、传感器模块、车把控制模块、车体中部控制模块和车体后部控制模块。该控制方法包括自平衡控制和无人驾驶控制两部分。自平衡控制在人骑自行车的同时通过实际自行车状态变化与预期是否相同来进行控制策略的筛选，最终基于竞争与合作的实时学习实现自行车的自平衡。本发明的无人驾驶自行车通过耦合的控制方法可以在多种运动状态下具有自平衡功能，同时采用的是间接驱动的方法，并不需要对普通自行车进行进一步的改装，只需要将三个控制器模块安装在普通自行车上，就可以实现自行车的自平衡和无人驾驶。

技术领域

本发明涉及交通领域，具体涉及一种基于智能演化的自平衡无人驾驶自行车及其竞争与合作的控制方法。

背景技术

自行车作为一种传统的交通工具，具有车体窄小、机构简单、能作小半径回转、方便灵活、无污染、无噪声、无需能源、售价低廉等优势，在道路拥挤、空气污染、油价上涨等问题日益严重的现代人生活中有着举足轻重的地位。而无人驾驶自行车不仅能够针对一些特殊人群如儿童、老人提供驾驶平衡辅助，更是有望在灾难救援、森林作业中得到广泛应用。

随着人们对智能交通工具和无人驾驶技术的关注度持续提高，无人驾驶自行车或者说自行车机器人在这一智能交通工具概念的基础上有了初步的发展。目前，无人驾驶自行车的研究大部分研究学者都是围绕动力学建模和提出新的控制算法这两方面进行的，对其研究大都停留在理论探讨和初步试验的阶段。由于自行车复杂的动力学特征和一定的侧向不稳定性，自行车的自平衡仍存在很多棘手问题，如何解决静止或低速行驶下自行车的自平衡问题是无人驾驶自行车突破当前发展限制的关键。

现有的应用于摩托车或电动自行车的平衡系统本质上是独轮车平衡系统(即倒立摆平衡系统)和两足平衡系统的叠加。而自行车的前把具有高度的自由度，且两轮没有直接驱动力。所以，在摩托车或电动自行车上导致其平衡的驱动力在自行车上是不存在的，其平衡方法在自行车上无效，这为自行车的自平衡和无人驾驶带来了更多难度。

同时，尽管目前有一些相关的自演化仿真研究，但还没有基于硬件进行自演化的相关研究，同时也没有将其应用到自行车的自平衡问题上。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于智能演化的自平衡无人驾驶自行车及其竞争与合作的控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于智能演化的自平衡无人驾驶自行车的竞争与合作的控制方法，该方法包括平衡控制部分和无人驾驶控制部分；所述车把控制模块、车体中部控制模块、车体后部控制模块根据传感器模块提供的信息进行模块各机构的控制，从而进行自行车平衡和行进的间接控制；所述车把控制模块、车体中部控制模块、车体后部控制模块的各机构控制变量是相互耦合的；

所述平衡控制部分的实现方法包括以下步骤：

1)关键变量选取：选取可控可观的关键变量，包括自行车各变量和车把控制模块、车体中部控制模块、车体后部控制模块的控制变量；

2)基于竞争与合作的实时学习及控制器的建立：在用户进行自行车骑行时，通过控制器给自行车一个随机的控制，不考虑人对自行车控制来预测控制器变量变化应该带来的自行车各变量变化方向，若自行车实际控制结果与预测相反，则优化掉该种控制方法，若自行车实际控制结果与预测相同，则保留该种控制方法，建立当前自行车变量(即当前自行车状态)与控制变量变化的对应关系，在多种自行车状态下基于竞争与合作的原则进行控制器参数的实时学习；

3)实现自平衡：将实时学习得到的控制器参数分别输入实际的车把控制模块、车体中部控制模块和车体后部控制模块，并进行微调，建立自行车的三个控制器，从而实现自行车的自平衡；

所述无人驾驶控制部分的实现方法：根据目标运动状态，选择期望的自行车变量，实现自行车的无人驾驶控制。