CN114604233A - 一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法及系统 - Google Patents

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CN114604233A CN202210258989.0A CN202210258989A CN114604233A CN 114604233 A CN114604233 A CN 114604233A CN 202210258989 A CN202210258989 A CN 202210258989A CN 114604233 A CN114604233 A CN 114604233A
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Abstract

本申请公开了一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法，所述机器人包括前轮、后轮和辅助轮，所述控制方法包括：确定机器人的当前状态；若所述当前状态为静止状态，则放下所述辅助轮；若所述当前状态为行驶状态，则确定平衡控制模型，并按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制。本申请能够实现对摩托车式机器人的平稳控制。本申请还公开了一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制系统、一种存储介质及一种电子设备，具有以上有益效果。

Description

一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法及系统
技术领域
本申请涉及机器人自动控制技术领域，特别涉及一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法及系统。
背景技术
目前针对无人驾驶的自平衡两轮机器人，主要的自平衡控制方法为前轮转向法、重心调整法、反作用力矩法和陀螺力矩控制法。前轮转向法为最常用的方法，依靠自身结构即可实现平衡，但通常转弯半径大，低速下控制效果差。重心调整法的自平衡设备结构简单，但需要进行质量块的位置调整，响应慢。反作用力矩法中自平衡设备结构较为简单、反映速度快，但不能承受较大的冲击。陀螺力矩控制法可以抵抗较大冲击，但陀螺组件的结构复杂，并且存在奇点问题。
因此，如何实现对摩托车式机器人的平稳控制是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法、一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制系统、一种电子设备及一种存储介质，能够实现对摩托车式机器人的平稳控制。
为解决上述技术问题，本申请提供一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法，所述机器人包括前轮、后轮和辅助轮，所述控制方法包括：
确定机器人的当前状态；
若所述当前状态为静止状态，则放下所述辅助轮；
若所述当前状态为行驶状态，则确定平衡控制模型，并按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制。
可选的，若所述当前状态为行驶状态，还包括：
判断所述机器人的行驶线速度是否小于阈值；
若是，则放下所述辅助轮，对所述机器人的车身倾斜角度进行限制，调整所述前轮和所述后轮的摆动参数以便增加轮胎侧向摩擦力。
可选的，若所述平衡控制模型为第一平衡控制模型，则按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制，包括：
根据所述机器人的期望行驶线速度确定期望前轮自转角速度，根据所述期望前轮自转角速度对所述前轮进行自转角速度PID闭环控制得到前轮驱动力矩输出值以便对所述机器人的行驶线速度进行控制；
根据所述机器人的期望行驶角速度和所述期望行驶线速度计算得到对应的向心力，根据所述向心力得到车身重力矩，根据所述车身重力矩确定期望侧向倾斜角，按照所述期望侧向倾斜角调整所述前轮的期望摆角以便对所述机器人的行驶角速度进行控制；
其中，在所述第一平衡控制模型中，所述后轮的期望摆角为0，所述前轮驱动力矩输出值与后轮驱动力矩输出值相等。
可选的，若所述平衡控制模型为第二平衡控制模型，则按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制，包括：
根据所述机器人的期望行驶线速度确定期望前轮自转角速度，根据所述期望前轮自转角速度对所述前轮进行自转角速度PID闭环控制得到前轮驱动力矩输出值以便对所述机器人的行驶线速度进行控制；
根据所述机器人的期望行驶角速度和所述期望行驶线速度计算得到对应的向心力和转弯半径，根据所述向心力得到车身重力矩，根据所述车身重力矩确定期望侧向倾斜角，按照所述期望侧向倾斜角及所述转弯半径调整所述后轮的期望摆角以便对所述机器人的行驶角速度进行控制；
其中，在所述第二平衡控制模型中，所述后轮的期望摆角等于第一角度加上第二角度，所述第一角度为根据所述转弯半径确定的期望摆角，所述第二角度为所述期望侧向倾斜角的误差值与预设系数的乘积，前轮驱动力矩输出值与后轮驱动力矩输出值相等。
可选的，若所述平衡控制模型为第三平衡控制模型，则按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制，包括：
根据所述机器人的期望行驶线速度确定期望前轮自转角速度，根据所述期望前轮自转角速度对所述前轮进行自转角速度PID闭环控制得到前轮驱动力矩输出值以便对所述机器人的行驶线速度进行控制；
根据所述机器人的期望行驶角速度和所述期望行驶线速度计算得到对应的向心力和转弯半径，根据所述向心力得到车身重力矩，根据所述车身重力矩确定期望侧向倾斜角，按照所述期望侧向倾斜角及所述转弯半径调整所述后轮的期望摆角以便对所述机器人的行驶角速度进行控制；
其中，在所述第三平衡控制模型中，所述前轮的期望摆角等于第三角度加上第四角度，所述第三角度为根据所述转弯半径确定的期望摆角，所述第四角度为所述期望侧向倾斜角的误差值与预设系数的乘积，前轮驱动力矩输出值与后轮驱动力矩输出值相等。
可选的，若所述平衡控制模型为第四平衡控制模型，则按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制，包括：
控制所述前轮和所述后轮的期望摆角相等，控制前轮驱动力矩输出值和后轮驱动力矩输出值相等，以便对所述机器人的行驶线速度和行驶角速度进行控制；
其中，所述前轮驱动力矩输出值的纵向分量与后轮驱动力矩输出值的纵向分量的和值由纵向运动控制算法计算得到，所述前轮驱动力矩输出值的横向分量和后轮驱动力矩输出值的横向分量的和值由横向运动控制算法计算得到。
可选的，若所述平衡控制模型为第五平衡控制模型，则按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制，包括：
根据前后轮纵向力矩分量、前后轮横向力矩分量的差值和前后轮横向力矩分量的和值得到前轮驱动力矩输出值、后轮驱动力矩输出值、前轮的期望摆角和后轮的期望摆角；
根据所述前轮驱动力矩输出值、所述后轮驱动力矩输出值、前轮的期望摆角和后轮的期望摆角对所述机器人的行驶线速度和行驶角速度进行控制。
本申请还提供了一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制系统，机器人包括前轮、后轮和辅助轮，所述控制系统包括：
状态确定模块，用于确定机器人的当前状态；
静止状态控制模块，用于若所述当前状态为静止状态，则放下所述辅助轮；
行驶状态控制模块，用于若所述当前状态为行驶状态，则确定平衡控制模型，并按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制。
本申请还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现上述两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法的步骤。
本申请还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现上述两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法的步骤。
本申请提供了一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法，所述机器人包括前轮、后轮和辅助轮，所述控制方法包括：确定机器人的当前状态；若所述当前状态为静止状态，则放下所述辅助轮；若所述当前状态为行驶状态，则确定平衡控制模型，并按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制。确定机器人的当前状态后，若机器人处于静止状态，则通过放下辅助轮保持平衡。若机器人处于行驶状态，则按照平衡控制模型对机器人的行驶线速度和行驶角速度进行控制以保持平衡。由此可见，本申请能够实现对摩托车式机器人的平稳控制。本申请同时还提供了一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制系统、一种存储介质和一种电子设备，具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种两轮驱动独立转向摩托车机器人系统示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法的流程图；
图3为本申请实施例所提供的一种全向控制框图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参见图1，图1为本申请实施例所提供的一种两轮驱动独立转向摩托车机器人系统示意图，两轮驱动独立转向摩托车式机器人是欠驱动系统，即系统的自由度大于系统的控制量，在本实施例中可以通过前后两轮的驱动与摆动来控制机器人直行与转向。图1中，θ为机器人侧向倾斜角，G为机器人重力，V为机器人线速度，ω为机器人角速度，M1和M2为前后轮的输出力矩，θ1和θ2为前后轮的摆动角，f11和f12为前轮与地面的正向摩擦力和侧向摩擦力，f21和f22为后轮与地面的正向摩擦力和侧向摩擦力。
下面请参见图2，图2为本申请实施例所提供的一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法的流程图，具体步骤可以包括：
S101：确定机器人的当前状态；
其中，所述机器人包括前轮、后轮和辅助轮，机器人可以通过控制装置抬起或放下辅助轮，当放下辅助轮时辅助轮与地面的距离变小，当抬起辅助轮时辅助轮与地面的距离变大。作为一种可行的实施方式，放下辅助轮的距离可以根据应用场景进行调整。
S102：若所述当前状态为静止状态，则放下所述辅助轮；
其中，若机器人的行驶速度为0时，可以判定机器人处于静止状态，此时可以放下辅助轮，以使辅助轮、前轮和后轮支撑机器人来保持平衡。作为一种可行的实施方式，在判定机器人处于静止状态时，可以检测辅助轮与地面之间的距离，并根据该距离放下辅助轮以使辅助轮与地面接触，来帮助机器人不倾倒。
S103：若所述当前状态为行驶状态，则确定平衡控制模型，并按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制。
其中，在机器人的行驶速度不为0时，可以判定机器人处于行驶状态。本实施例可以根据机器人的行驶速度或用户的选择确定对应的平衡控制模型，根据平衡控制模型可以改变机器人的期望前轮自转角速度、前轮摆角、后轮摆角等参数，以实现对机器人的驱动控制，上述驱动控制包括对机器人行驶线速度的控制，还可以包括对机器人行驶角速度的控制。本实施例中可以存在多种平衡控制模型，在选定某一平衡控制模型进行驱动控制后，若接收到模型切换指令，则可以选定新的平衡控制模型进行驱动控制。
本实施例提供的摩托车式机器人包括前轮、后轮和辅助轮，确定机器人的当前状态后，若机器人处于静止状态，则通过放下辅助轮保持平衡。若机器人处于行驶状态，则按照平衡控制模型对机器人进行驱动控制以保持平衡。由此可见，本实施例能够实现对摩托车式机器人的平稳控制。
作为对于图1对应实施例的进一步介绍，若所述当前状态为行驶状态，还可以判断所述机器人的行驶线速度是否小于阈值；若是，则放下所述辅助轮，对所述机器人的车身倾斜角度进行限制，调整所述前轮和所述后轮的摆动参数以便增加轮胎侧向摩擦力。本实施例可以建立行驶线速度与辅助轮高度的对应关系，并基于该对应关系确定放下辅助轮的距离。具体的，调整所述前轮和所述后轮的摆动参数可以使机器人具备较快的摆动角速度和摆动角度，才能更好地实现低速时的平衡控制。行驶线速度指机器人当前行驶方向上的速度。机器人在行驶线速度是否小于阈值时，可以放下两侧的辅助轮来帮助机器人不会倾倒，并且还可以限制机器人的侧向倾斜角度，即要限制期望的侧向倾斜角度，因为速度越低，轮子转向时地面作用在轮子侧向摩擦力(f12和f22)越小，地面摩擦力对姿态控制的贡献越小，此时需要前后轮以更快的速度进行摆动更大的角度(θ1和θ2)，才能输出想要的侧向控制力(f12和f22在侧向的分量。前后轮可以各自独立带有一个转向驱动机构，并带有位置反馈信号(如编码器)，可以精确控制转动的角度和角速度。
若平衡控制模型为第一平衡控制模型，则可以通过以下方式对机器人的行驶线速度和行驶角速度进行控制：根据所述机器人的期望行驶线速度确定期望前轮自转角速度，根据所述期望前轮自转角速度对所述前轮进行自转角速度PID闭环控制得到前轮驱动力矩输出值以便对所述机器人的行驶线速度进行控制；根据所述机器人的期望行驶角速度和所述期望行驶线速度计算得到对应的向心力，根据所述向心力得到车身重力矩，根据所述车身重力矩确定期望侧向倾斜角，按照所述期望侧向倾斜角调整所述前轮的期望摆角以便对所述机器人的行驶角速度进行控制；其中，在所述第一平衡控制模型中，所述后轮的期望摆角为0，所述前轮驱动力矩输出值与后轮驱动力矩输出值相等。
第一平衡控制模型指前后驱动+前轮转向的自行车运动构型，在机器人运行时，可以将机器人期望行驶线速度V(前进速度期望值)转换为期望前轮自转角速度，然后对前轮进行自转角速度PID闭环控制，计算得到前轮驱动力矩输出值M1。机器人转弯时会受到向心力作用而向外侧倾倒(左转弯时车身会向右侧倾倒)，为了抵抗向心力，需要车身在转弯方向倾斜(左转弯时车身向左倾斜)，利用重力矩来抵抗向心力。由机器人的期望行驶线速度V和期望前轮自转角速度ω计算得到对应的向心力，即可得到对应的车身重力矩，然后得到车身对应的期望侧向倾斜角θ，再通过转动前轮的期望摆角θ1来控制机器人的侧向倾斜角(PID闭环控制器，输入期望侧向倾斜角，输出前轮的期望摆角)；此时后轮的期望摆角θ2始终为零，另后轮驱动力矩输出值M2与前轮驱动力矩输出值M1相等。
若所述平衡控制模型为第二平衡控制模型，则可以通过以下方式对机器人的行驶线速度和行驶角速度进行控制：根据所述机器人的期望行驶线速度确定期望前轮自转角速度，根据所述期望前轮自转角速度对所述前轮进行自转角速度PID闭环控制得到前轮驱动力矩输出值以便对所述机器人的行驶线速度进行控制；根据所述机器人的期望行驶角速度和所述期望行驶线速度计算得到对应的向心力和转弯半径，根据所述向心力得到车身重力矩，根据所述车身重力矩确定期望侧向倾斜角，按照所述期望侧向倾斜角及所述转弯半径调整所述后轮的期望摆角以便对所述机器人的行驶角速度进行控制。其中，在所述第二平衡控制模型中，所述后轮的期望摆角等于第一角度加上第二角度，所述第一角度为根据所述转弯半径确定的期望摆角，所述第二角度为所述期望侧向倾斜角的误差值与预设系数的乘积，前轮驱动力矩输出值与后轮驱动力矩输出值相等。在第二平衡控制模型中，对前轮摆角的控制与第一平衡控制模型相同。
第二平衡控制模型在第一平衡控制模型的基础上，引入后轮的期望摆角θ2控制来增强对机器人侧向倾斜角θ的控制，提高姿态控制响应和转弯响应。机器人期望行驶线速度V的控制与第一平衡控制模型相同；机器人期望行驶线速度V和期望行驶角速度ω计算得到对应的向心力和转弯半径；由向心力即可得到对应的车身重力矩，然后得到车身对应的期望侧向倾斜角θ，再通过转动后轮的期望摆角θ1来控制机器人的侧向倾斜角θ(PID闭环控制器，输入期望侧向倾斜角，输出前轮的期望摆角)；由转弯半径可得后轮的期望摆角θ21，将侧向倾斜角的误差值乘以固定的比例系数得到后轮的期望摆角θ22，令后轮的期望摆角θ2＝θ21+θ22。此时后轮驱动力矩输出值M2与前轮驱动力矩输出值M1相等。第二平衡控制模型引入了侧向倾斜角的误差反馈值到后轮的期望摆角中，提高了姿态控制响应和转弯响应。本实施例通过加入后轮的转向控制，提高了自平衡控制的响应速度和转弯响应速度，减小了转弯半径。
若所述平衡控制模型为第三平衡控制模型，则可以通过以下方式对机器人的行驶线速度和行驶角速度进行控制：根据所述机器人的期望行驶线速度确定期望前轮自转角速度，根据所述期望前轮自转角速度对所述前轮进行自转角速度PID闭环控制得到前轮驱动力矩输出值以便对所述机器人的行驶线速度进行控制；根据所述机器人的期望行驶角速度和所述期望行驶线速度计算得到对应的向心力和转弯半径，根据所述向心力得到车身重力矩，根据所述车身重力矩确定期望侧向倾斜角，按照所述期望侧向倾斜角及所述转弯半径调整所述后轮的期望摆角以便对所述机器人的行驶角速度进行控制。其中，在所述第三平衡控制模型中，所述前轮的期望摆角等于第三角度加上第四角度，所述第三角度为根据所述转弯半径确定的期望摆角，所述第四角度为所述期望侧向倾斜角的误差值与预设系数的乘积，前轮驱动力矩输出值与后轮驱动力矩输出值相等。在第三平衡控制模型中，对前轮摆角的控制与第一平衡控制模型相同。
第三平衡控制模型在第二平衡控制模型的基础上进行变形，交换前轮和后轮摆角的控制方式，能够减少前轮的晃动并增加后轮的晃动。机器人期望行驶线速度V的控制与第一平衡控制模型相同；由机器人的期望行驶线速度V和期望行驶角速度ω计算得到对应的向心力和转弯半径；由向心力即可得到对应的车身重力矩，然后得到车身对应的期望侧向倾斜角θ，再通过转动后轮的期望摆角θ2来控制机器人的侧向倾斜角θ(PID闭环控制器，输入期望侧向倾斜角，输出前轮的期望摆角)；由转弯半径可得前轮的期望摆角θ11，将侧向倾斜角的误差值乘以固定的比例系数得到前轮的期望摆角θ12，令前轮的期望摆角θ1＝θ11+θ12。此时后轮驱动力矩输出值M2与前轮驱动力矩输出值M1相等。
若所述平衡控制模型为第四平衡控制模型，则可以通过以下方式对机器人进行驱动控制：控制所述前轮和所述后轮的期望摆角相等，控制前轮驱动力矩输出值和后轮驱动力矩输出值相等，以便对所述机器人的行驶线速度和行驶角速度进行控制；其中，所述前轮驱动力矩输出值的纵向分量与后轮驱动力矩输出值的纵向分量的和值由纵向运动控制算法计算得到，所述前轮驱动力矩输出值的横向分量和后轮驱动力矩输出值的横向分量的和值由横向运动控制算法计算得到。上述前轮驱动力矩输出值的纵向分量与后轮驱动力矩输出值的纵向分量的和值为：前轮驱动力矩输出值的纵向分量与后轮驱动力矩输出值的纵向分量之和的值；所述前轮驱动力矩输出值的横向分量和后轮驱动力矩输出值的横向分量的和值为：前轮驱动力矩输出值的横向分量和后轮驱动力矩输出值的横向分量之和的值。
第四平衡控制模型为转向限制控制模型，只允许机器人纵向和横向移动，不能进行转向运动。此时前轮和后轮的期望摆角始终一致(θ1＝θ2)，力矩输出始终一致(M1＝M2)，力矩的纵向分量由纵向运动控制算法计算，力矩的横向分量由横向运动控制算法计算，其中横向运动控制算法采用倒立摆型轮式机器人速度控制模型。纵向运动控制算法(PID闭环控制)：将机器人前进速度期望值V转换为前轮自转角速度，然后对机器人进行自转角速度PID闭环控制，计算得到前后轮的驱动力矩的纵向分量(M1cosθ1+M2cosθ2)；倒立摆型轮式机器人速度控制模型(串级PID闭环控制)：得到前后轮的驱动力矩的横向分量(M1sinθ1+M2sinθ2)，通过驱动力矩的纵向分量和横向分量计算可以前轮的期望摆角θ1和后轮的期望摆角θ2。此处的纵向运动控制算法使用的PID控制，控制前后轮子在车身纵向上的速度分量，而不是直接控制轮子的速度；横向运动控制算法使用的串级PID控制算法控制车身横向运动速度、车身倾斜姿态角和车身倾斜姿态角速度。
若所述平衡控制模型为第五平衡控制模型，则可以通过以下方式对机器人的行驶线速度和行驶角速度进行控制：根据前后轮纵向力矩分量、前后轮横向力矩分量的差值和前后轮横向力矩分量的和值得到前轮驱动力矩输出值、后轮驱动力矩输出值、前轮的期望摆角和后轮的期望摆角；根据所述前轮驱动力矩输出值、所述后轮驱动力矩输出值、前轮的期望摆角和后轮的期望摆角对所述机器人的行驶线速度和行驶角速度进行控制。上述前后轮横向力矩分量的和值为：前轮横向力矩分量和后轮横向力矩分量之和的值。
第五平衡控制模型为全向运动控制模型，在第四平衡控制模型的基础上添加转向运动，机器人可实现纵向运动、横向运动和转向运动。请参见图3，图3为本申请实施例所提供的一种全向控制框图，纵向速度PID闭环控制算法计算得到前后轮纵向力矩分量的和值，前后轮均分(即两轮均分)即可得到前后轮各自的纵向力矩分量值；横向速度控制所需的力矩需要车身侧向倾斜时产生的重力矩来平衡，不然车身姿态会失稳，因此横向速度PID控制算法将计算得到侧向倾斜角的期望值θ1；转向速度PID控制算法计算得到前后轮横向力矩分量的差值；因为转向时车身将受到向心力作用，需要车身倾向倾斜来产生与之平衡的重力矩，所以由期望纵向线速度和期望转向角速度可以计算得到向心力，也即需要的重力矩，也即车身的侧向倾斜角的期望值θ2；侧身侧向倾斜角的期望值θ＝θ1+θ2，由倒立摆型轮式机器人姿态角控制算法(角速PID闭环+角速度PID闭环+重力矩补偿)得到前后轮横向力矩分量的和值；根据前后轮纵向力矩分量、前后轮横向力矩分量的差值和前后轮横向力矩分量的和值可以得到前后轮的力矩输出值M1、M2和前后轮的摆角期望值θ1、θ2。本实施例提供了全向运动控制模型，实现了纵向运动、横向运动和转向运动相互解耦，可分别进行独立控制。图3所示的全向控制框图中，输入量包括期望纵向线速度Vx、期望转向角速度W和期望横向线速度Vy，可以得到期望向心力K1、两轮横向力矩差、两轮纵向力矩和、期望侧向倾斜角、期望侧向倾斜角速度、两轮横向力矩和，进而实现对左轮力矩、左轮摆角、右轮力矩和右轮摆角的控制。本实施例还可以测量机器人的实际参数，如：测量纵向线速度、测量角速度、测量侧向倾斜角速度、测量侧向倾斜角K和测量横向线速度。
本申请实施例还提供的一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制系统，所述机器人包括前轮、后轮和辅助轮，所述控制系统包括：
状态确定模块，用于确定机器人的当前状态；
静止状态控制模块，用于若所述当前状态为静止状态，则放下所述辅助轮；
行驶状态控制模块，用于若所述当前状态为行驶状态，则确定平衡控制模型，并按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制。
本实施例提供的摩托车式机器人包括前轮、后轮和辅助轮，确定机器人的当前状态后，若机器人处于静止状态，则通过放下辅助轮保持平衡。若机器人处于行驶状态，则按照平衡控制模型对机器人进行驱动控制以保持平衡。由此可见，本实施例能够实现对摩托车式机器人的平稳控制。
进一步的，还包括：
低速控制模块，用于若所述当前状态为行驶状态，判断所述机器人的行驶线速度是否小于阈值；若是，则放下所述辅助轮，对所述机器人的车身倾斜角度进行限制，调整所述前轮和所述后轮的摆动参数以便增加轮胎侧向摩擦力。
进一步的，若所述平衡控制模型为第一平衡控制模型，则行驶状态控制模块用于根据所述机器人的期望行驶线速度确定期望前轮自转角速度，根据所述期望前轮自转角速度对所述前轮进行自转角速度PID闭环控制得到前轮驱动力矩输出值以便对所述机器人的行驶线速度进行控制；还用于根据所述机器人的期望行驶角速度和所述期望行驶线速度计算得到对应的向心力，根据所述向心力得到车身重力矩，根据所述车身重力矩确定期望侧向倾斜角，按照所述期望侧向倾斜角调整所述前轮的期望摆角以便对所述机器人的行驶角速度进行控制；其中，在所述第一平衡控制模型中，所述后轮的期望摆角为0，所述前轮驱动力矩输出值与后轮驱动力矩输出值相等。
进一步的，若所述平衡控制模型为第二平衡控制模型，则行驶状态控制模块用于根据所述机器人的期望行驶线速度确定期望前轮自转角速度，根据所述期望前轮自转角速度对所述前轮进行自转角速度PID闭环控制得到前轮驱动力矩输出值以便对所述机器人的行驶线速度进行控制；还用于根据所述机器人的期望行驶角速度和所述期望行驶线速度计算得到对应的向心力和转弯半径，根据所述向心力得到车身重力矩，根据所述车身重力矩确定期望侧向倾斜角，按照所述期望侧向倾斜角及所述转弯半径调整所述后轮的期望摆角以便对所述机器人的行驶角速度进行控制；其中，在所述第二平衡控制模型中，所述后轮的期望摆角等于第一角度加上第二角度，所述第一角度为根据所述转弯半径确定的期望摆角，所述第二角度为所述期望侧向倾斜角的误差值与预设系数的乘积，前轮驱动力矩输出值与后轮驱动力矩输出值相等。
进一步的，若所述平衡控制模型为第三平衡控制模型，则行驶状态控制模块用于根据所述机器人的期望行驶线速度确定期望前轮自转角速度，根据所述期望前轮自转角速度对所述前轮进行自转角速度PID闭环控制得到前轮驱动力矩输出值以便对所述机器人的行驶线速度进行控制；还用于根据所述机器人的期望行驶角速度和所述期望行驶线速度计算得到对应的向心力和转弯半径，根据所述向心力得到车身重力矩，根据所述车身重力矩确定期望侧向倾斜角，按照所述期望侧向倾斜角及所述转弯半径调整所述后轮的期望摆角以便对所述机器人的行驶角速度进行控制；其中，在所述第三平衡控制模型中，所述前轮的期望摆角等于第三角度加上第四角度，所述第三角度为根据所述转弯半径确定的期望摆角，所述第四角度为所述期望侧向倾斜角的误差值与预设系数的乘积，前轮驱动力矩输出值与后轮驱动力矩输出值相等。
进一步的，若所述平衡控制模型为第四平衡控制模型，则行驶状态控制模块用于控制所述前轮和所述后轮的期望摆角相等，控制前轮驱动力矩输出值和后轮驱动力矩输出值相等，以便对所述机器人的行驶线速度和行驶角速度进行控制；其中，所述前轮驱动力矩输出值的纵向分量与后轮驱动力矩输出值的纵向分量的和值由纵向运动控制算法计算得到，所述前轮驱动力矩输出值的横向分量和后轮驱动力矩输出值的横向分量的和值由横向运动控制算法计算得到。
进一步的，若所述平衡控制模型为第五平衡控制模型，则行驶状态控制模块用于根据前后轮纵向力矩分量、前后轮横向力矩分量的差值和前后轮横向力矩分量的和值得到前轮驱动力矩输出值、后轮驱动力矩输出值、前轮的期望摆角和后轮的期望摆角；还用于根据所述前轮驱动力矩输出值、所述后轮驱动力矩输出值、前轮的期望摆角和后轮的期望摆角对所述机器人的行驶线速度和行驶角速度进行控制。
由于系统部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此系统部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
本申请还提供了一种存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请还提供了一种电子设备，可以包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的步骤。当然所述电子设备还可以包括各种网络接口，电源等组件。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法，其特征在于，所述机器人包括前轮、后轮和辅助轮，所述控制方法包括：
确定机器人的当前状态；
若所述当前状态为静止状态，则放下所述辅助轮；
若所述当前状态为行驶状态，则确定平衡控制模型，并按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制。
2.根据权利要求1所述两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法，其特征在于，若所述当前状态为行驶状态，还包括：
判断所述机器人的行驶线速度是否小于阈值；
若是，则放下所述辅助轮，对所述机器人的车身倾斜角度进行限制，调整所述前轮和所述后轮的摆动参数以便增加轮胎侧向摩擦力。
3.根据权利要求1所述两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法，其特征在于，若所述平衡控制模型为第一平衡控制模型，则按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制，包括：
根据所述机器人的期望行驶线速度确定期望前轮自转角速度，根据所述期望前轮自转角速度对所述前轮进行自转角速度PID闭环控制得到前轮驱动力矩输出值以便对所述机器人的行驶线速度进行控制；
根据所述机器人的期望行驶角速度和所述期望行驶线速度计算得到对应的向心力，根据所述向心力得到车身重力矩，根据所述车身重力矩确定期望侧向倾斜角，按照所述期望侧向倾斜角调整所述前轮的期望摆角以便对所述机器人的行驶角速度进行控制；
其中，在所述第一平衡控制模型中，所述后轮的期望摆角为0，所述前轮驱动力矩输出值与后轮驱动力矩输出值相等。
4.根据权利要求3所述两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法，其特征在于，若所述平衡控制模型为第二平衡控制模型，则按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制，包括：
根据所述机器人的期望行驶线速度确定期望前轮自转角速度，根据所述期望前轮自转角速度对所述前轮进行自转角速度PID闭环控制得到前轮驱动力矩输出值以便对所述机器人的行驶线速度进行控制；
根据所述机器人的期望行驶角速度和所述期望行驶线速度计算得到对应的向心力和转弯半径，根据所述向心力得到车身重力矩，根据所述车身重力矩确定期望侧向倾斜角，按照所述期望侧向倾斜角及所述转弯半径调整所述后轮的期望摆角以便对所述机器人的行驶角速度进行控制；
其中，在所述第二平衡控制模型中，所述后轮的期望摆角等于第一角度加上第二角度，所述第一角度为根据所述转弯半径确定的期望摆角，所述第二角度为所述期望侧向倾斜角的误差值与预设系数的乘积，前轮驱动力矩输出值与后轮驱动力矩输出值相等。
5.根据权利要求3所述两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法，其特征在于，若所述平衡控制模型为第三平衡控制模型，则按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制，包括：
根据所述机器人的期望行驶线速度确定期望前轮自转角速度，根据所述期望前轮自转角速度对所述前轮进行自转角速度PID闭环控制得到前轮驱动力矩输出值以便对所述机器人的行驶线速度进行控制；
根据所述机器人的期望行驶角速度和所述期望行驶线速度计算得到对应的向心力和转弯半径，根据所述向心力得到车身重力矩，根据所述车身重力矩确定期望侧向倾斜角，按照所述期望侧向倾斜角及所述转弯半径调整所述后轮的期望摆角以便对所述机器人的行驶角速度进行控制；
其中，在所述第三平衡控制模型中，所述前轮的期望摆角等于第三角度加上第四角度，所述第三角度为根据所述转弯半径确定的期望摆角，所述第四角度为所述期望侧向倾斜角的误差值与预设系数的乘积，前轮驱动力矩输出值与后轮驱动力矩输出值相等。
6.根据权利要求1所述两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法，其特征在于，若所述平衡控制模型为第四平衡控制模型，则按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制，包括：
控制所述前轮和所述后轮的期望摆角相等，控制前轮驱动力矩输出值和后轮驱动力矩输出值相等，以便对所述机器人的行驶线速度和行驶角速度进行控制；
其中，所述前轮驱动力矩输出值的纵向分量与后轮驱动力矩输出值的纵向分量的和值由纵向运动控制算法计算得到，所述前轮驱动力矩输出值的横向分量和后轮驱动力矩输出值的横向分量的和值由横向运动控制算法计算得到。
7.根据权利要求1所述两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法，其特征在于，若所述平衡控制模型为第五平衡控制模型，则按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制，包括：
根据前后轮纵向力矩分量、前后轮横向力矩分量的差值和前后轮横向力矩分量的和值得到前轮驱动力矩输出值、后轮驱动力矩输出值、前轮的期望摆角和后轮的期望摆角；
根据所述前轮驱动力矩输出值、所述后轮驱动力矩输出值、前轮的期望摆角和后轮的期望摆角对所述机器人的行驶线速度和行驶角速度进行控制。
8.一种两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制系统，其特征在于，所述机器人包括前轮、后轮和辅助轮，所述控制系统包括：
状态确定模块，用于确定机器人的当前状态；
静止状态控制模块，用于若所述当前状态为静止状态，则放下所述辅助轮；
行驶状态控制模块，用于若所述当前状态为行驶状态，则确定平衡控制模型，并按照所述平衡控制模型对所述机器人进行驱动控制。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现如权利要求1至7任一项所述两轮驱动独立转向摩托车式机器人的控制方法的步骤。
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