一种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）和关节角度传感器（7），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；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、中央控制芯片（1）采集车身倾角值θ和轮端压力值F；步骤三、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，否则重复执行步骤三；步骤四、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θy，车身纵向倾角值为θx，当θx‑θy<0时，车体为横 向倾斜，执行步骤五；当θx‑θy>0时，车体为纵向倾斜，执行步骤六；步骤五、当θy<0时，车体为左倾，设定机器人右前轮端压力值为Frf，右后轮端压力值为Frh，右侧轮端压力差为|F1|，|F1|=Frf‑Frh，当|F1|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θy>0时，车体为右倾，设定机器人左前轮端压力值为Flf，左后轮端压力值为Flh，左侧轮端压力差为|F2|，|F2|=Flf‑Flh，当|F2|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；步骤六、当θx<0时，车体为前倾，设定机器人右后轮端压力值为Frh，左后轮端压力值为Flh，后侧轮端压力差为|F3|，|F3|=Frh‑Flh，当|F3|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θx>0时，车体为后倾，设定机器人右前轮端压力值为Frf，左前轮端压力值为Flf，前侧轮端压力差为|F4|，当|F4|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。