[发明专利]一种自平衡机器人的位置控制方法

说明书

本发明描述了一种电机编码的自平衡机器人的位置控制方法，包括：对自平衡机器人的各个模块进行初始化操作；获取自平衡机器人的传感数据并且进行姿态解算；将姿态解算的姿态信息以及自平衡机器人的位置信息作为自平衡位置控制器的输入信息，进行自平衡机器人的平衡状态判断，从而确定是否更改控制策略；执行模块接收并且执行自平衡位置控制器所输出的控制策略。本发明提出的自平衡机器人的位置控制方法，采用电机编码实时反馈机器人位置信息，进行PID闭环控制，有效地提高机器人的抗干扰能力，尤其对自平衡机器人动态静止时的零点漂移有较明显的抑制效果。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种基于电机编码的两轮自平衡机器人位置控制方法。

背景技术

近年来随着科技的发展，机器人从最初应用的工业领域逐渐走进人们日常生活之中，在服务、物流、医疗、教育等领域中已经有一定的应用实例。自平衡机器人是应运而生的一类产品，自平衡机器人具有与自平衡车一样的两轮自平衡结构，与传统轮式机器人相比大幅度缩减了机器人尺寸，同时可以进行更加灵活的运动，能够适用于一些轮式机器人无法工作的狭小空间。

目前自平衡机器人产品较少，主要因为在大型的机器人产品中使用自平衡技术难度较大，尤其是自平衡技术中的控制算法，控制算法能够直接决定机器人能否自平衡站立及运动。目前，两轮自平衡机器人的控制算法主要包括两类：一类是传统的PID方法和极点配置法，主要处理线性已知系统；由于两轮自平衡机器人具有强非线性性，因此对机器人模型进行线性化后将导致模型不精确、抗干扰能力差。另一类是智能控制，主要采用模糊控制，能够处理非线性未知系统，但模糊控制方法的控制精度取决于模糊规则库的建立，控制系统的效果受专家经验影响非常大

针对传统的控制方法、动态响应不理想、抗干扰能力差；智能控制方法过度地依赖专家经验，急需一种简单且抗干扰能力强的自平衡机器人的位置控制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于电机编码的两轮自平衡机器人的位置控制方法。

为解决上述技术问题，提供一种基于电机编码的自平衡机器人的位置控制方法，所述方法包括：步骤一：对自平衡机器人的各个模块进行初始化操作；步骤二：获取自平衡机器人的传感数据并且进行姿态解算；步骤三：将步骤二中姿态解算的姿态信息以及自平衡机器人的位置信息作为自平衡位置控制器的输入信息，进行自平衡机器人的平衡状态判断，从而确定是否更改控制策略；步骤四：执行模块接收并且执行步骤三中自平衡位置控制器所输出的控制策略；所述执行模块包括电机、驱动轮、以及用于实时反馈自平衡机器人的位置信息的编码器，所述电机连接所述驱动轮，所述编码器连接所述电机，所述编码器将所述电机旋转产生的角度变化转变成自身的码数变化，进而产生电信号的变化，所述电信号的变化作为自平衡机器人的位置信息反馈给所述自平衡位置控制器。

优选的，步骤一中所述的模块初始化包括控制板卡初始化、传感器初始化、自平衡机器人重心初始化、执行模块初始化。

优选的，所述控制板卡初始化包括主控时钟初始化、中断系统初始化、各个通信模块初始化。

优选的，用于获取自平衡机器人的传感数据的传感器为微机电六轴运动传感器，包括加速度计和陀螺仪。

优选的，对所述六轴运动传感器所测的传感数据进行卡尔曼滤波进行姿态解算。

优选的，所述姿态解算的步骤包括利用陀螺仪所获取的角速度构建卡尔曼状态方程，利用加速度计获取各轴加速度分量并计算获取角度而构建卡尔曼测量方程，建立离散化卡尔曼系统方程，计算获得姿态解算结果。

优选的，所述自平衡控制器采用闭环PID控制。

优选的，将所述编码器所反应自平衡机器人的实时位置信息作为自平衡控制器的反馈量，通过位置迭代的方式得到自平衡控制的控制量，将控制量和反馈量的差作为闭环PID控制的输入量。