[发明专利]一种柔性两轮自平衡机器人系统及其运动控制方法

摘要

一种柔性两轮自平衡机器人系统及其运动控制方法，包括主控制器(1)、运动控制器(2)、辅助控制器(3)、伺服驱动器(4)、传感器、输入输出设备、直流电机(5)和电源系统；躯干顶板(11)上设有摄像头(12)，躯干(6)和底盘(8)均装有倾角仪、陀螺仪，躯干(6)和底盘(8)之间以装有双臂扭簧(25)和圆柱弹簧(26)的柔性关节(7)连接；主控制器(1)与运动控制器(2)、辅助控制器(3)、输入输出设备连接。主控制器(1)接收的用户指令为即时指令或预存指令；通过主控制器(1)运行运动行为决策算法，运动控制器(2)运行运动平衡控制算法，伺服驱动器(4)对电机(5)的转矩控制，实现机器人平面行走和遥控。

主权项

1、一种柔性两轮自平衡机器人系统，包括电气系统和机械本体；其中，所述电气系统包括主控制器(1)、运动控制器(2)、辅助控制器(3)、电机伺服驱动器(4)、传感器、输入输出设备、直流电机(5)和电源系统；所述机械本体包括躯干(6)、柔性关节(7)、底盘(8)、保护支架(9)和双轮(10)；其特征在于：所述躯干(6)为层式框架，顶板(11)上固定有至少一个摄像头(12)，顶板(11)和底板(13)之间由隔板(14)分隔成若干层，躯干安装倾角仪(15)、陀螺仪(16)和超声波传感器(17)；所述躯干底板(13)和底盘(8)之间以柔性关节(7)连接；所述底盘(8)为箱式结构，在其内部装载倾角仪(18)、陀螺仪(19)，两个直流电机(5)分别固定在底盘(8)左右两侧内壁上，电机(5)的轴一端与双轮(10)的轴联接，另一端接编码器(20)；底盘(8)底面安装有可拆卸保护支架(9)，支架(9)末端有悬空脚轮(21)；双轮(10)的轴心位于一条直线上；所述柔性关节(7)的顶端和底端为上、下支承圆盘(22)、(23)，剖面为“凸”字形，圆盘中心的通孔用于穿过电线；上、下支承圆盘以两个同心转动轴(24)铰接，两个转动轴(24)向外的延伸部分，各固定一个双臂扭簧(25)，扭簧(25)的上臂固定在上支承圆盘(22)上，扭簧(25)的下臂固定在下支承圆盘(23)上；在上、下支撑圆盘(22)、(23)之间压紧固定一段圆柱弹簧(26)，其两端分别套在上、下支撑圆盘(22)、(23)的凸台外；所述主控制器(1)为嵌入式计算机系统；所述运动控制器(2)选用数字信号处理器系统；所述辅助控制器(3)选用单片机或数字信号处理器系统；所述传感器包括：检测机器人躯干(6)和底盘(8)俯仰倾角变化的倾角仪(15)、(18)，倾角速度变化的陀螺仪(16)、(19)，检测电机(5)转角变化的编码器(20)，检测图像信息的摄像头(12)，以及检测障碍物距离信息的超声波传感器(17)；所述电气系统的连接关系为：主控制器(1)与运动控制器(2)、辅助控制器(3)、输入输出设备连接；运动控制器(2)与倾角仪(15)、(18)、陀螺仪(16)、(19)、编码器(20)、伺服驱动器(4)相连接；辅助控制器(3)与超声波传感器(17)和遥控接收器(27)连接；摄像头(12)与主控制器(1)；伺服驱动器(4)与直流电机(5)连接；电源系统连接各电气设备供电。