轮腿式机器人的控制方法

摘要

本发明公开了一种轮腿式机器人的控制方法，属于航天技术领域，本发明由底层控制部分和控制芯片组成，底层控制部分包括底层控制器、三轴加速度传感器、压力传感器、关节电机驱动控制器、车轮电机驱动控制器和关节角度传感器。底层控制部分进行各关节与车轮的底层控制、传感器信号采集，为控制芯片提供控制接口与反馈信号。本发明通过安装在车身上的三轴加速度传感器检测车身倾角，输出车身倾角反馈信号，中心控制芯片通过控制腿部运动，使车身恢复水平，能够让车轮所受压力趋于平均，使各轮负载转矩均匀分布，能够确保在崎岖路面上所有车轮都能与地面接触，大幅度提升车辆行驶稳定性。

主权项

一种轮腿式机器人的控制方法，轮腿式机器人控制系统包括中央控制芯片(1)、底层控制器(2)、安装在机器人车身上的三轴加速度传感器(3)、安装在车轮端部的压力传感器(4)、关节电机驱动控制器(5)、车轮电机驱动控制器(6)、关节角度传感器(7)和上位机(8)，所述压力传感器(4)用于对车轮进行轮端压力检测，所述三轴加速度传感器(3)用于检测车身倾角并输出车身倾角反馈信号，所述关节角度传感器(7)用于检测各关节的倾角、各关节的相对角度值及机器人的车体重心；所述中央控制芯片(1)通过CAN总线与底层控制器(2)双向连接；所述底层控制器(2)的第一输出端连接所述关节电机驱动控制器(5)的输入端，所述底层控制器(2)的第二输出端连接所述车轮电机驱动控制器(6)的输入端，所述底层控制器(2)的第一输入端连接所述压力传感器(4)的输出端，所述底层控制器(2)的第二输入端连接所述关节角度传感器(7)的输出端，所述中央控制芯片(1)的输入端与所述三轴加速度传感器(3)的输出端连接；所述上位机(8)双向连接有第一无线收发模块(9)，所述中央控制芯片(1)双向连接有第二无线收发模块(10)，所述第一无线收发模块(9)与所述第二无线收发模块(10)之间通过无线信号进行数据交互；其特征在于包括以下步骤：步骤一、中央控制芯片(1)初始化，设定车身倾角阈值θ₀、轮端压力阈值F₀和车体重心阈值H₀；步骤二、模式选择；当选择纯滚动模式时进入纯滚动控制程序，当选择可重构滚动模式时执行步骤三；步骤三、中央控制芯片(1)采集车身倾角值θ和轮端压力值F；步骤四、判断车身倾角值θ是否大于车身倾角阈值θ₀，当θ>θ₀时，执行下一个步骤，否则执行步骤三；步骤五、计算当前车体重心值H并判断车体倾斜方向；设定车身横向倾角值为θ_y，车身纵向倾角值为θ_x，当θ_x‑θ_y<0时，车体为横向倾斜，执行步骤六；当θ_x‑θ_y>0时，车体为纵向倾斜，执行步骤七；步骤六、当θ_y<0时，车体为左倾，设定机器人右前轮端压力值为F_rf，右后轮端压力值为F_rh，右侧轮端压力差为|F₁|，|F₁|＝F_rf‑F_rh，当|F₁|<F₀时，判断H‑H₀是否大于0，当H‑H₀>0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右侧车轮降低；当H‑H₀<0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制左侧车轮抬高；当|F₁|>F₀时，判断F₁的正负，当F₁>0时，判断H‑H₀是否大于0，当H‑H₀>0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右前轮抬高，当H‑H₀<0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右后轮降低；当F₁<0时，判断H‑H₀是否大于0，当H‑H₀>0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右后轮抬高，当H‑H₀<0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右前轮降低；当θ_y>0时，车体为右倾，设定机器人左前轮端压力值为F_lf，左后轮端压力值为F_lh，左侧轮端压力差为|F₂|，|F₂|＝F_lf‑F_lh，当|F₂|<F₀时，判断H‑H₀是否大于0，当H‑H₀>0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制左侧车轮降低；当H‑H₀<0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右侧车轮抬高；当|F₂|>F₀时，判断F₂的正负，当F₂>0时，判断H‑H₀是否大于0，当H‑H₀>0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制左前轮抬高，当H‑H₀<0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制左后轮降低；当F₂<0时，判断H‑H₀是否大于0，当H‑H₀>0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制左后轮抬高，当H‑H₀<0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制左前轮降低；步骤七、当θ_x<0时，车体为前倾，设定机器人右后轮端压力值为F_rh，左后轮端压力值为F_lh，后侧轮端压力差为|F₃|，|F₃|＝F_rh‑F_lh，当|F₃|<F₀时，判断H‑H₀是否大于0，当H‑H₀>0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制后侧车轮抬高；当H‑H₀<0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制前侧车轮降低；当|F₃|>F₀时，判断F₃的正负，当F₃>0时，判断H‑H₀是否大于0，当H‑H₀>0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右后轮抬高，当H‑H₀<0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右前轮降低；当F₃<0时，判断H‑H₀是否大于0，当H‑H₀>0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制左后轮抬高，当H‑H₀<0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制左前轮降低；当θ_x>0时，车体为后倾，设定机器人右前轮端压力值为F_rf，左前轮端压力值为F_lf，前侧轮端压力差为|F₄|，当|F₄|<F₀时，判断H‑H₀是否大于0，当H‑H₀>0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制前侧车轮抬高；当H‑H₀<0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制后侧车轮降低；当|F₄|>F₀时，判断F₄的正负，当F₄>0时，判断H‑H₀是否大于0，当H‑H₀>0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右前轮抬高，当H‑H₀<0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制右后轮降低；当F₄<0时，判断H‑H₀是否大于0，当H‑H₀>0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制左前轮抬高，当H‑H₀<0时，中央控制芯片(1)发送指令给底层控制器(2)，底层控制器(2)控制左后轮降低。