[发明专利]一种三轴动量轮自平衡机器人的控制方法、控制系统及存储介质

说明书

本发明涉及一种三轴动量轮自平衡机器人的控制方法、控制系统及存储介质，通过求取三轴动量轮的状态空间方程的系数矩阵，从而通过单片机对三轴动量轮进行控制，使得三轴动量轮在对机器人的姿态控制时，求解出所述三轴动量轮的系数矩阵，通过将该系数矩阵输入到单片机中，从而实现对三轴动量轮的控制，用于实现机器人姿态的精准调节，从而提高机器人的操作准确性。

技术领域

本申请涉及机器人设备领域，具体为一种三轴动量轮自平衡机器人的控制方法、控制系统及存储介。

背景技术

三轴动量轮是机器人中姿态控制的复杂子系统，因其具有长寿命、高精度、高敏捷性和高稳定性等优势，己广泛应用于机器人等惯性器件和产品中。有别于其他类型的机电产品，动量轮必须满足高可靠性要求才能保证机器人的精准运行。

然而，现有技术中，三轴动量轮运行过程中由于没有反馈机制，导致动量轮在对机器人姿态调节过程中存在精度不足的问题，因此，现有技术急需一种三轴动量轮自平衡机器人的控制方法，用于提高动量轮在机器人姿态调节过程中的准确度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述技术方案的不足，提供一种三轴动量轮自平衡机器人的控制方法、控制系统，用于实现机器人姿态的精准调节，从而提高机器人的操作准确性。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种三轴动量轮自平衡机器人的控制方法，包括以下步骤：

一种三轴动量轮自平衡机器人的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：获取所述三轴动量轮的连杆1的运动信息；

步骤2：获取所述三轴动量轮的连杆2的运动信息；

步骤3：获取所述三轴动量轮的连杆3的运动信息；

步骤4：获取所述三轴动量轮的连杆4的运动信息；

步骤5：根据所述步骤1-4获得的表达式得到所述连杆1-4的力平衡方程和力矩平衡方程；

步骤6：建立三刚体模型，设置零点配合，在装配体模式下建立倒立杆坐标系；

步骤7：根据所述步骤6建立的倒立杆坐标系将欧拉角旋转矩阵进行线性化；

步骤8：采用直流有刷电机对所述三轴动量轮进行驱动；

步骤9：求取所述三轴动量轮的动量轮2和动量轮3的力矩方程；

步骤10：获得所述三轴动量轮的状态空间方程；

步骤11：对所述状态空间方程进行求解，获得所述系数矩阵的值，将所述系数矩阵的值输入到单片机，从而对所述三轴动量轮进行控制。

具体地，所述三轴动量轮由连杆1-4构成，其中，所述连杆1为基座，所述连杆2-4分别为x轴、y轴、z轴方向的动量轮；

具体地，通过姿态传感器(IMU)获取所述连杆1的z轴、x轴、y轴的欧拉角α、β、γ用于计算所述三轴动量轮的连杆1的运动信息；

更近一步地，所述三轴动量轮的连杆1的运动信息包括连杆1的角速度、连杆1的加速度、连杆1的角加速度、连杆1的原点加速度、连杆1的质心加速度、连杆1的惯性力、连杆1的惯性力矩数学表达式；

更进一步地，通过角速度叠加原理，求得连杆1的角速度，其具体包括：

步骤1.1：获取所述连杆1的角速度数学表达式：