[发明专利]一种基于行为驱动的自平衡无人驾驶自行车及其等价映射的控制方法

权利要求书

1.一种基于行为驱动的自平衡无人驾驶自行车，其特征在于，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；

所述传感器模块用于测量自行车变量，所述自行车变量包括自行车车把偏转角度α、自行车车体偏转角度β、自行车后轮转动角度

所述车把控制模块位于自行车车把，通过重心调节机构调节车把的重心，实现车把偏转角度α的调节；

所述车体中部控制模块位于自行车车体中部，通过重心调节机构调节车体中部的重心；

所述车体后部控制模块位于自行车后部，通过重心调节机构调节车体后部的重心，通过旋转轮机构进行自行车后部的平衡控制和后轮旋转控制；通过后轮旋转控制实现自行车后轮转动角度的调节；

所述车把控制模块、车体中部控制模块和车体后部控制模块各自的重心调节机构和车体后部控制模块的平衡控制，共同实现自行车车体偏转角度β的调节；

选取自行车变量和车把控制模块、车体中部控制模块和车体后部控制模块的控制变量作为关键变量；在自行车后部建立坐标系，并将自行车后轮的倾倒方向分解到后部坐标系中；所述的控制变量包括车把滑块位置、车体偏心轮旋转角度、后座偏心轮旋转角度及它们的一次、二次导数；

将车把控制模块、车体中部控制模块和车体后部控制模块的重心调节机构的重心加速运动产生的力分别投影到自行车后部坐标系；并建立控制变量与被控变量之间的关系，得到车把控制模块、车体中部控制模块和车体后部控制模块对自行车的控制规则，实现无人驾驶自行车的平衡控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于行为驱动的自平衡无人驾驶自行车，其特征在于，所述车把控制模块的重心调节机构为横向放置于车把上的滑杆机构，车把控制模块通过调节车把滑杆机构的滑块位置进行车把重心的调节。

3.根据权利要求1所述的一种基于行为驱动的自平衡无人驾驶自行车，其特征在于，所述车体中部控制模块的重心调节机构为偏心轮，车体中部控制模块通过调节偏心轮旋转角度进行车体中部重心的调节。

4.根据权利要求1所述的一种基于行为驱动的自平衡无人驾驶自行车，其特征在于，所述车体后部控制模块的重心调节机构为偏心轮，车体后部控制模块通过调节偏心轮旋转角度进行车体后部重心的调节。

5.根据权利要求1所述的一种基于行为驱动的自平衡无人驾驶自行车，其特征在于，所述车体后部控制模块的旋转轮机构为互相垂直的两个旋转轮：水平旋转轮、竖直旋转轮，竖直旋转轮与水平旋转轮相切，且与自行车后轮平行；车体后部控制模块通过调节两个旋转轮的转速进行自行车后部的平衡控制和后轮旋转控制。

6.一种基于行为驱动的自平衡无人驾驶自行车的等价映射的控制方法，其特征在于，该方法包括平衡控制部分和无人驾驶控制部分；

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；所述自行车变量包括自行车车把偏转角度α、自行车车体偏转角度β、自行车后轮转动角度所述的控制变量包括车把滑块位置、车体偏心轮旋转角度、后座偏心轮旋转角度及它们的一次、二次导数；

2)分解被控变量：在自行车后部建立坐标系，并将自行车后轮的倾倒方向分解到后部坐标系；

3)投影控制变量及控制器的建立：将车把控制模块、车体中部控制模块和车体后部控制模块的重心调节机构的重心加速运动产生的力分别投影到自行车后部的坐标系；并建立控制变量与被控变量之间的关系，得到车把控制模块、车体中部控制模块和车体后部控制模块对自行车的控制规则，获得控制器参数；

4)实现自平衡：将投影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。