[发明专利]基于模糊控制的两轮自平衡机器人避障系统及控制方法

权利要求书

1.基于模糊控制的两轮自平衡机器人避障系统及控制方法，其特征在于，系统包括：姿态检测模块，运动控制模块和运动执行模块；

所述姿态检测模块，包括运动模式控制模块EPC、微型姿态方位传感器MTI、超声波传感器，运动模式控制模块EPC与运动姿态控制模块相接，运动姿态控制模块输出脉冲宽度信号与运动姿态控制模块，电源分别与运动姿态控制模块和电机模块相连，微型姿态方位传感器MTI与运动姿态控制模块相连，提供姿态信号，超声波传感器与运动姿态控制模块相连，提供距离信号；

所述超声波模块，包括超声波发射器、接收器和控制电路，超声波模块测量的扇形范围区域内根据超声波返回距离的变化判断是否存在障碍物，向超声波模块提供一个10微秒以上脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40kHz周期电平并检测回波，一旦检测到有回波信号则输出回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比，由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离；

所述运动控制模块，包括运动姿态控制模块、电源、遥控，运动姿态控制模块采用数字信号处理器实现，电源主要由电池、电源分配器和各级开关组成，在电池供电模式下，锂电池组输出24V直流电，一部分为左、右轮电机供电，另一部分经过电源适配器变换为5V和12V直流输出，分别为系统中相应电子设备供电，遥控器与运动姿态控制模块相连，进行远程遥控；

所述模糊控制器，首先要确定模糊控制器中的输入量和输出量，确定三个输入量，对应三个超声波传感器采集到的距离信息，即左前方障碍物距离信息、正前方障碍物距离信息和右前方障碍物距离信息，分别用DL、DF和DR表示，其模糊语言变量均为{近，中，远}，用{Near，Med，Far}表示，论域为[0.25米，4米]，一个输出量，即机器人在避障过程中的转向角度，用α表示，其模糊语言变量为{左转，稍微左转，前行，稍微右转，右转}，用{VL,SL,F,SR,VR}表示，论域为[-90°,90°]；

所述运动执行模块，包括两组直流电机及其伺服系统构成,是两轮自平衡机器人的运动力来源,两轮自平衡机器人采用两个直流电机同轴差分驱动，每一个主动轮采用一台直流电机独立驱动，通过数字信号处理器调节电机通断时间的比例,调节相应驱动轮的转速,达到调速的目的，从而实现运动功能。

2.根据权力要求1所述的基于模糊控制的两轮自平衡机器人避障系统控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤S1：将控制程序的二进制代码通过调试软件和USB数据线下载到避障系统的数字信号处理器中；

步骤S2：在控制程序中已编入前进、后退、自旋、定点平衡指令，通过遥控器对应的1、2、3、4按键即可向两轮自平衡机器人发送控制指令；

步骤S3：距离障碍物的距离信息，通过超声波传感器的发射探头和接收探头分别采集左前方、正前方、右前方的障碍物距离信息，再将数据发送到数字信号处理器中，通过公式计算出机器人距离障碍物的距离,S表示机器人距离障碍物的距离，V表示声波在空气中的传播速度，T表示声波在空气中的传播速度；

步骤S4：当障碍物较近时，机器人根据障碍物的分布并且结合模糊规则做出合理的决策，模糊规则如下：

VL=MedNearNearMedNearMedMedMedNearMedFarNearFarNearNearFarNearMedFarNearFarFarMedNearFarFarNear111,]]>

SL=MedMedMedMedFarMedFarMedMedFarMedFarFarFarMed111,F=FarFarFar111,]]>

SR=NearNearFarNearMedMedNearMedFarNearFarMedNearFarFarMedMedFar111,]]>

VR=NearNearMedMedNearFarMedFarFar111,]]>

其中，机器人结合三个方向的距离信息和模糊规则，来做出对应的转向，实现避障。