CN103817683A - 一种机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人，包括：轮子（1）、底盘（2）、伺服电机（3）、控制台（4）、主控制器模块（5）、传感器模块（6）、高层执行机构安装台（7）、可调支撑杆（8）、底层安装台（9）、通讯模块（10）、运动控制器模块（11）；以伺服电机为驱动力、通过单片机等精确驱动共轴轮，让机器人停止或行走时始终保持直立平衡状态的两轮共轴自平衡机器人，机器人的倾斜角度由三轴加速度传感器与单轴角速度传感器测量，单片机根据机器人的倾斜角度计算出合适的驱动力，再由编码减速电机驱动轮子让共轴双轮高重心机器人始终保持平衡状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人。
背景技术
随着科技的不断发展，越来越多的机器人被应用于各个领域，自平衡机器人也越来越多的被人们关注和应用。一般的的机器人小车上安装摄像头或其他较高位置的执行机构时车体的重心必须足够低，否则小车运动时很容易翻倒。这种小车为了保持重心足够低，就必须把摄像头或执行机构安装到较低的位置，这样摄像头就无法看到高台面上物体、执行机构就无法很精确地完成动作。如果将摄像头或执行机构安装到较高的位置，一般采用较大或较重的车体基座用以保证车体运动时不翻倒，这样又会影响整个系统的动力等。为解决这些问题，自平衡机器人出现了。
目前国外自平衡机器人的技术水平较高，美国Southern Methodist University 的 Department of Geological Sciences 的 DAVID P.ANDERSON 教授所发明的两轮自动平衡机器人是目前世界上技术含量最高的一种机器人。他采用了ADXL202加速度传感器和Pittman GM8712 马达作为驱动，实现了较高的自平衡稳定性。 在国内台湾的研究者的方案是采用增强型51芯片C8051F005 做主控制芯片，采用加速度传感器和陀螺仪（角度传感器）实现了自平衡。还有一些研究者采用的平衡方案是水银开关，由于只用了水银开关，没有使用陀螺仪，所以导致小车摆动厉害，平衡效果很差。
两轮共轴自平衡机器人利用基于DSP数字电路的驱动单元分别精确控制左右轮电机，并利用上位机实时控制机器人的运动状态，提高了控制精度、可靠度以及集成度，最终得到了很好的控制效果。本发明主要针对当前研究的优劣，提供一种两轮共轴自平衡机器人。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种以伺服电机为驱动力、通过单片机等精确驱动共轴轮，让机器人停止或行走时始终保持直立平衡状态。
本发明采用的技术方案是：一种两轮共轴自平衡机器人，包括：轮子、底盘、伺服电机、控制台、主控制器模块、传感器模块、高层执行机构安装台、可调支撑杆、底层安装台、通讯模块、运动控制器模块；两个轮子分别与伺服电机连接，伺服电机固定在底盘上，控制台通过支撑杆安装在底盘的上方，控制台主要用于安装主控制器模块、传感器模块、通讯模块、运动控制器模块、电源等装置，底层安装台通过支撑杆固定在控制台上方，主要用于放置需要的执行机构，高层机构安装台通过长度可调的支撑杆安装在最高处，可根据需要安装高度较高的执行机构，例如摄像头等。
其中主控制器模块采用AVR单片机，传感器模块由iMEMS加速度传感器与角速度传感器组成，运动控制器模块主要用于控制伺服电机的精确驱动，通讯模块主要用于传输指令或遥控控制。
车体运动时由于车体惯性与振动会严重干扰传感器的测量值，为测量运动中的车体倾角及根据车体倾角选择合适的控制力度使车体保持直立平衡，本发明使用kalman滤波技术，对加速度传感器与角速度传感器的读数进行滤波与融合，得到精准的读数，再利用PID算法计算得到合适的控制力度使车体保持直立平衡。
本发明要实现的技术效果是：根据两轮机器人车体的倾斜角度驱动两个共轴轮让机器人始终保持直立状态。由iMEMS三轴加速度传感器与单轴角速度传感器组成的传感器模块测量机器人静态或动态时的倾角，由AVR单片机组成主控制器根据传感器测量的倾角参数计算出合适的驱动力，再由编码减速电机精确驱动共轴轮，让共轴双轮高重心机器人始终保持平衡状态。
附图说明
图1是两轮共轴自平衡机器人结构
其中：1、轮子 2、底盘 3、伺服电机 4、控制台 5、主控制器模块 6、传感器模块 7、高层执行机构安装台 8、可调支撑杆 9、底层安装台 10、通讯模块 11、运动控制器模块。
具体实施方式
在实际的利用中，只要将适当的执行机构安装在执行机构平台上，机器人就能根据相应的指令完成相应的动作。该机器人可以很好的作为视频监控小车使用。
利用两轮共轴自平衡机器人作为视频监控小车时，由于两轮共轴自平衡机器人可以自动保持直立平衡，可以将安装在两轮共轴自平衡机器人上的摄像头，根据使用环境场合安装到很高的位置。无论摄像头安装位置有多高，小车的体积重量保持不变且足够小。
Claims (9)
1.一种机器人，包括两个共轴轮，其特征在于：其系统由主控制器模块、传感器模块、通讯模块、运动控制器模块、伺服电机组成。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：机器人车体的倾斜角度驱动两个共轴轮让机器人始终保持直立状态。
3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述主控制器模块采用AVR单片机。
4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述传感器模块由iMEMS加速度传感器与角速度传感器组成。
5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：该机器人使用kalman滤波技术，对加速度传感器与角速度传感器的读数进行滤波与融合，得到精准的读数，再利用PID算法计算得到合适的控制力度使车体保持直立平衡。
6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：机器人的倾斜角度由三轴加速度传感器与单轴角速度传感器测量，AVR单片机根据机器人的倾斜角度计算出合适的驱动力，再由编码减速电机驱动轮子让共轴双轮高重心机器人始终保持平衡状态。
7.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：以伺服电机为驱动力、通过单片机等精确驱动共轴轮，让机器人停止或行走时始终保持直立平衡状态的两轮共轴自平衡机器人，机器人的倾斜角度由三轴加速度传感器与单轴角速度传感器测量，单片机根据机器人的倾斜角度计算出合适的驱动力，再由编码减速电机驱动轮子让共轴双轮高重心机器人始终保持平衡状态。
8.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：两个轮子分别与伺服电机连接，伺服电机固定在底盘上，控制台通过支撑杆安装在底盘的上方，控制台主要用于安装主控制器模块、传感器模块、通讯模块、运动控制器模块、电源等装置，底层安装台通过支撑杆固定在控制台上方，主要用于放置需要的执行机构，高层机构安装台通过长度可调的支撑杆安装在最高处，可根据需要安装高度较高的执行机构。
9.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：由iMEMS三轴加速度传感器与单轴角速度传感器组成的传感器模块测量机器人静态或动态时的倾角，由AVR单片机组成主控制器根据传感器测量的倾角参数计算出合适的驱动力，再由编码减速电机精确驱动共轴轮，让共轴双轮高重心机器人始终保持平衡状态。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140528 |