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专利号: 2018107690063
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 无轨陆用车辆
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种足式机器人抗扰平衡装置,其特征在于,包括:风扇电机、风扇电机外框、同步轮、牵引电机、轴承、风扇电机的导电滑环及陀螺仪,其中风扇电机设置于风扇电机外框内,所述导电滑环套在风扇电机外框的旋转轴上给风扇电机供电,轴承设置于风扇电机下方并与风扇电机的旋转轴相连接,风扇电机外框的旋转轴和牵引电机输出轴都分别放置一个同步轮,两同步轮之间采用同步带进行传动,这样牵引电机旋转就可以带动风扇电机外框旋转从而控制风扇电机所产生力的方向,牵引电机的安装可固定在机器人本体上,陀螺仪安装在机器人本体重心平衡处,同步轮用于牵引电机通过同步轮带动同步带,轴承用于将整个平衡装置与机器人固定和安装,同时满足平衡装置旋转要求,所述陀螺仪的传感器检测机器人身体姿态,控制牵引电机转动,进行方向位置控制,当机器人身体朝某个方向发生倾倒时,使风扇电机朝向该方向,再根据机器人倾倒的角度和角速度,根据受力分析控制风扇电机转速,即控制其所提供的反向力的大小,使机器人重新恢复平衡状态。

2.根据权利要求1所述的一种足式机器人抗扰平衡装置,其特征在于,所述同步轮有两个,两个同步轮之间设置有同步带轮。

3.根据权利要求1所述的一种足式机器人抗扰平衡装置,其特征在于,所述陀螺仪安装与平衡装置一体,或单独安装在机器人本体的重心部分。

4.根据权利要求3所述的一种足式机器人抗扰平衡装置,其特征在于,所述陀螺仪的平衡状态与机器人的平衡状态重合。

5.根据权利要求1所述的一种足式机器人抗扰平衡装置,其特征在于,所述再根据机器人倾倒的角度和角速度,根据受力分析控制风扇电机转速,具体包括:α和β分别为陀螺仪测得的俯仰角和滚转角,γ机器人本体倾斜状态时与垂直状态的夹角,根据受力分析可知风扇电机提供的牵引力F>mg×sinγ机器人本体即可恢复平衡状态,根据风扇电机的参数得到其F与转速的关系。

6.根据权利要求1-5之一所述的一种足式机器人抗扰平衡装置,其特征在于,所述风扇电机控制采用闭环PID进行速度控制。

7.一种基于前述权利要求所述足式机器人抗扰平衡装置的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1:当机器人身体发生倾斜,陀螺仪会检测到相应的倾角和倾倒的角速度,将数据传输给控制系统;

S2:控制系统将角度数据中的俯仰角和滚转角进行合成,然后得到机器人本体倾倒的方向,用来给牵引电机作为位置控制的目标值,牵引电机则会通过PID的位置闭环控制,牵引风扇电机与机器人倾角相同;

S3:控制系统再通过速度闭环控制,根据陀螺仪采集的俯仰角和滚转角大小以及其相应的角速度的大小去调节风扇电机的转速,倾角和倾倒的角速度越大其转速越快,产生的反向力矩就会越大,从而使机器人重新恢复平衡;

S4:当机器人恢复到平衡状态时,相应的风扇电机也停止转动,不在产生发作用力,牵引电机也恢复原位即使风扇电机朝前产生作用的位置;

S5:当机器人在发生倾倒时,则重复上述步骤。