[发明专利]一种自平衡无人驾驶自行车及其控制方法

权利要求书

1.一种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；

自平衡无人驾驶自行车的自平衡的实现包括仿真建模、自动化建模和智能化建模；

所述仿真建模是构建传感器模块测量的变量与三个控制模块的控制变量间的映射关系，从而实现自行车的仿真自平衡；

所述自动化建模通过对仿真建模得到的仿真控制器结合自行车的真实传感器模块测量的变量与真实的控制模块的控制变量间的相关关系，实现自行车的自动化平衡控制；

所述智能化建模通过对自动化建模得到的自行车真实控制器，结合进化算法、机器学习算法或深度学习算法中的一种或多种，学习自行车在陌生或复杂环境中的控制参数，实现在陌生环境或复杂环境中的自适应平衡。

2.根据权利要求1所述的一种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；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。

5.一种自平衡无人驾驶自行车的控制方法，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)仿真建模：构建传感器模块测量的变量与车把控制模块、车体中部控制模块和车体后部控制模块的控制变量间的映射关系，从而实现自行车的仿真自平衡；所述的自行车各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φ及它们的一次、二次导数；所述的控制变量包括车把滑块位置x、车体偏心轮旋转角度θ1、后座偏心轮旋转角度θ2及它们的一次、二次导数；

(2)自动化建模：通过对仿真建模得到的仿真控制器结合自行车的真实传感器模块测量的变量与真实的控制模块的控制变量间的相关关系，实现自行车的自动化平衡控制；

(3)智能化建模：通过对自动化建模得到的自行车真实控制器，结合进化算法、机器学习算法或深度学习算法中的一种或多种，学习自行车在陌生或复杂环境中的控制参数，实现在陌生环境或复杂环境中的自适应平衡；

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。