专利名称：基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制系统，具体涉及基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统。
背景技术：
近年来，随着移动机器人研究不断深入，其应用领域更加广泛，面临的环境和任务也越来越复杂。有时机器人会遇到比较狭窄，而且有许多大转角的工作场合，如何在这样的环境里灵活快捷的执行任务，成为人们颇为关心的一个问题。在移动机器人的应用中，导航和定位是移动机器人研究的两个重要问题随着国民经济的发展，导航定位系统已经从传统的军事、航天和航海等军事领域向民用领域发展。车载导航系统发展非常迅速，在机器人自主导航，电动代步车和智能交通中得到了广泛的应用。传统的移动机器人技术存在体积大、结构复杂、运动迟缓、工作空间局限化的问题。
发明内容
本发明为了解决传统的移动机器人技术存在体积大、结构复杂、运动迟缓、工作空间局限化的问题，从而提出了基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统。基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统，所述的机器人控制系统包括控制器和车体，基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统包括第二编码器、第一编码器、第一电机、第二电机、第一电机驱动电路、第二电机驱动电路、单片机、第一角度测量模块、摄像头、上位机、第一蓝牙模块、第二蓝牙模块、OLE显示器、重力感应控制器、第二角度测量模块和触摸按键模块，触摸按键模块的方向控制信号输出端与重力感应控制器的方向控制信号输入端连接，第二角度测量模块控制器倾角信号输出端与重力感应控制器的控制器倾角信号输入端连接，重力感应控制器的显示信号输出端与OLE显示器的显示信号输入端连接，重力感应控制器的无线通信信号输出端与第二蓝牙模块的无线通信信号输入端连接，第一蓝牙模块用于接收第二蓝牙模块发射的无线信号；第一蓝牙模块的无线信号输出端与上位机的无线信号输入端连接；上位机的视频信号输入端与摄像头的视频信号输出端连接，摄像头用于采集车体前方的视频信号；上位机的无线调整信号输出端与第一蓝牙模块的无线调整信号输入端连接；单片机采用无线通信接口与第一蓝牙模块进行无线通信；第一角度测量模块的车体倾角信号输出端与单片机车体倾角信号输入端连接，单片机的竖直方向倾角控制信号输出端与第一电机驱动电路的竖直方向倾角控制信号输入端连接，单片机的竖直轴转动角控制信号输出端与第二电机驱动电路的竖直轴转动角控制信号输入端连接，第一电机驱动电路用于驱动第一电机工作；第二电机驱动电路用于驱动第二电机工作；第一编码器用于米集第一电机的转动信号；第二编码器用于采集第二电机的转动信号；第一编码器的转速信号输出端与单片机的第一转速信号输入端连接，第二编码器的转速信号输出端与单片机的第二转速信号输入端连接。单片机的型号为K60ARM Cortex_M4。重力感应控制器的型号为STM32。第一角度测量模块包括第一角加速度传感器、第一加速度传感器和第二角加速度传感器；车体倾角信号包括车体沿竖直方向上的角速度信号、车体沿竖直方向的角加速度信号、车体沿竖直轴转动的角加速度信号和车体沿竖直轴转动的角速度信号，第一角加速度传感器用于采集车体沿竖直方向上的角速度信号，并将该车体沿竖直方向上的角速度信号发送至单片机，第一加速度传感器用于采集车体沿竖直方向的角加速度信号和车体沿竖直轴转动的角加速度信号，并将车体沿竖直方向的角加速度信号和车体沿竖直轴转动的角加速度信号同时发送至单片机，第二角加速度传感器用于采集车体沿竖直轴转动的角速度信号，并将该车体沿竖直轴转动的角速度信号发送至单片机。第二角度测量模块包括第三角加速度传感器、第二加速度传感器和第四角加速度传感器；控制器倾角信号包括控制器相对于水平面前后方向转动的角速度信号、控制器相对于水平面前后方向转动的角加速度信号、控制器相对于水平面左右方向转动的角加速度信号和控制器相对于水平面左右方向转动的角速度信号，第三角加速度传感器用于采集控制器相对于水平面前后方向转动的角速度信号，并将该控制器相对于水平面前后方向转动的角速度信号发送至重力感应控制器，第二加速度传感器用于采集控制器相对于水平面前后方向转动的角加速度信号和控制器相对于水平面左右方向转动的角加速度信号，并将控制器相对于水平面前后方向转动的角加速度信号和控制器相对于水平面左右方向转动的角加速度信号同时发送至重力感应控制器，第四角加速度传感器用于采集控制器相对于水平面左右方向转动的角速度信号，并将该控制器相对于水平面左右方向转动的角速度信号发送至重力感应控制器。第一角加速度传感器、第二角加速度传感器、第三角加速度传感器和第四角加速度传感器均采用ENC-03芯片。第一加速度传感器和第二加速度传感器均采用MMA7361芯片。本发明采用两轮自平衡车其体积减小了 50%、结构简单、运动灵活，适于在狭小和危险空间工作，在民用和军事上有着广泛的应用前景。且重力感应控制器将运动或重力转换为电信号的传感器，主要用于倾斜角、惯性力、冲击及震动等参数的测量。
图1为本发明所述的基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统的电气结构示意图；图2为具体实施方式
四所述的第一角度测量模块8的内部结构示意图；图3为具体实施方式
五所述的第二角度测量模块15的内部结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统，所述的机器人控制系统包括控制器和车体，基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统包括第二编码器1、第一编码器2、第一电机3、第二电机4、第一电机驱动电路5、第二电机驱动电路6、单片机7、第一角度测量模块8、摄像头
9、上位机10、第一蓝牙模块11、第二蓝牙模块12、OLE显示器13、重力感应控制器14、第二角度测量模块15和触摸按键模块16，触摸按键模块16的方向控制信号输出端与重力感应控制器14的方向控制信号输入端连接，第二角度测量模块15控制器倾角信号输出端与重力感应控制器14的控制器倾角信号输入端连接，重力感应控制器14的显示信号输出端与OLE显示器13的显示信号输入端连接，重力感应控制器14的无线通信信号输出端与第二蓝牙模块12的无线通信信号输入端连接，第一蓝牙模块11用于接收第二蓝牙模块12发射的无线信号；第一蓝牙模块11的无线信号输出端与上位机10的无线信号输入端连接；上位机10的视频信号输入端与摄像头9的视频信号输出端连接，摄像头9用于采集车体前方的视频信号；上位机10的无线调整信号输出端与第一蓝牙模块11的无线调整信号输入端连接;单片机7采用无线通信接口与第一蓝牙模块11进行无线通信；第一角度测量模块8的车体倾角信号输出端与单片机7车体倾角信号输入端连接，单片机7的竖直方向倾角控制信号输出端与第一电机驱动电路5的竖直方向倾角控制信号输入端连接，单片机7的竖直轴转动角控制信号输出端与第二电机驱动电路6的竖直轴转动角控制信号输入端连接，第一电机驱动电路5用于驱动第一电机3工作；第二电机驱动电路6用于驱动第二电机4工作；第一编码器2用于米集第一电机3的转动信号；第二编码器I用于采集第二电机4的转动信号；第一编码器2的转速信号输出端与单片机7的第一转速信号输入端连接，
第二编码器I的转速信号输出端与单片机7的第二转速信号输入端连接。本实施方式中的单片机7包括无线通信接口，用于与第一蓝牙模块11进行无线通信。在本实施方式中第一电机3和第二电机4均安装在车体上,第一电机3和第二电机4的转动带动第一编码器2和第二编码器I的转动，第一编码器2和第二编码器I测出第一电机3和第二电机4转动的速度。第一电机3和第二电机4能实现车体的直立,并通过两个电机的差速来实现车体的旋转。第一电机驱动电路5和第二电机驱动电路6中全桥型驱动电路是最常用的一种电路，两路PWM波，通过控制四个三极管的交替导通实现电机的正反转。本系统中使用的第一电机3和第二电机4均为:7.5V供电时空载电流300mA，堵转电流3A。相比于三极管，增强型MOSFET功耗低，结构简单，电流承受能力强，开关速度快，所以第一电机驱动电路5和第二电机驱动电路6均采用增强型N-MOSFET IRF7843。IRF7843是一款耐压能力80V，最大承受电流达到160A的场效应管。HIP4082是一款内部集成自举升压电路的电机专用驱动芯片，一个该芯片可以控制一个电机的正转和反转。本实施方式中的第一蓝牙模块11安装在车体上、第二蓝牙模块12安装在控制器上，用于实现通信。本实施方式中所述的OLE显示器13为有机发光二极管(Organic Light-EmittingDiode),又称为有机电激光显(Organic Electroluminesence Display, 0ELDX0LED具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当电流通过时，有机材料就会发光，而且OLE显示器13的显示屏幕可视角度大，并且能够显著节省电能，因为此OLE显示器13具备了许多LCD不可比拟的优势。在本实施方式中，在车体内嵌入式上位机的控制下，采集平衡传感器以及速度、加速度传感器的数据，通过建立的系统数学模型和控制算法，计算输出PWM (Pulse-WidthModulation)脉宽调制信号，用以控制两个伺服电机的转矩，使车体保持平衡并能够根据人体重心的偏移，自动前进、后退及转弯。本实施所述的两轮自平衡重力感应控制的机器人是一种特殊的倒立摆式的移动机器人，这种机器人两轮共轴，独立驱动，车身重心倒置于车轮轴上方，通过运动保持平衡，可直立行走.其适应地形变化能力强，运动灵活，可以胜任一些复杂环境里的工作.与传统轮式移动机器人相比，两轮自平衡重力感应控制的机器人主要有如下优点:1、实现了原地回转和任意半径转向，移动轨迹更为灵活易变，能很好的弥补传统多轮布局的缺点；2、减小了占地面积，在场地面积较小或要求灵活运输的场合十分适用；3、大大地简化了车体结构，可以把机器人做得更小更轻；3、驱动功率也较小，为电池长时间供电提供了可能，为环保轻型车提供了一种新的思路。两轮自平衡重力感应控制的机器人是一个集环境感知，动态决策与路径规划，行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统.如何保持车体系统在空载，载人，前进，后退，旋转以及刹车等各种运动状态，各种环境下平衡及对机器人进行实时导航和定位是保证其正常工作的关键问题.两轮自平衡重力感应控制的机器人有着相当广泛的应用前景，其典型应用包括通勤车，空间探索，战场侦察，危险品运输，排雷灭火，智能轮椅，玩具等场合.例如，将两轮小车作为小范围，短距离交通工具将更加方便，灵活，环保；智能轮椅可为残疾人提供便捷服务。
具体实施方式
二、本实施方式与具体实施方式
一所述的基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统的区别在于，所述的单片机7的型号为K60ARM Cortex-M4。本实施方式采用的K60ARM Cortex_M4为Kinetis系列微控制器，Kinetis系列微控制器是飞思卡尔公司于2010年下半年推出的，Kinetis系列微控制器采用了飞思卡尔90纳米薄膜存储器(TFS)闪存技术和Flex存储器功能(可配置的内嵌EEPR0M)，支持超过1000万次的擦写。Kinetis微控制器系列融合了最新的低功耗革新技术，具有高性能、高精度的混合信号能力，宽广的互连性，人机接口和安全外设。K60ARM Cortex-M4 的内核:.ARM Cortex_M4 内核带 DSP 指令,性能可达 1.25DMIPS/MHz (部分 Kinetis 系列提供浮点单元)；.多达32通道的DMA可用于外设和存储器数据传输并减少CPU干预；.提供不同级别的CPU频率，有50MHz、72MHz和IOOMHz (部分Kinetis系列提供120MHz 和 150MHz)；.极低的功耗:.10种低功耗操作模式用于优化外设活动和唤醒时间以延长电池的寿命；.低漏唤醒单元、低功耗定时器和低功耗RTC可以更加灵活地实现低功耗； 行业领先的快速唤醒时间。K60ARM Cortex_M4 的存储器:.内存空间可扩展，从32KB闪存/8KB RAM到IMB闪存/128KB RAM。多个独立的闪存模块使同时进行代码执行和固件升级成为可能；.可选的16KB缓存用于优化总线带宽和闪存执行性能；.Flex存储器具有高达512KB的FlexNVM和高达16KB的FlexRAM。FlexNVM能够被分区以支持额外的程序闪存(例如引导加载程序)、数据闪存(例如存储大表)或者EEPROM备份。FlexRAM支持EEPROM字节写/字节擦除操作，并且指示最大EEPROM空间；.EEPROM最高超过一千万次的使用寿命；.EEPROM擦除/写速度远高于传统的EEPR0M。K60ARM Cortex_M4 模拟混合信号: 快速、高精度的16位ADC、12位DAC、可编程增益放大器、高速比较器和内部电压参考。提供强大的信号调节、转换和分析性能的同时降低了系统成本。K60ARM CortexHM 人机接口(HMI):.低功耗感应触摸传感接口在所有低功耗模式均可工作； 连接性和通信:.UART 支持 IS07816 和 IrDA, I2S、CAN、I2C 和 SPI ；.可靠性和安全性:.硬件循环冗余校验引擎用于验证存储器内容、通信数据和增加的系统可靠性；.独立时钟工作的COP用于防止代码跑飞；
外部看门狗监控。
K60ARM Cortex_M4 定时和控制:.强大的FlexTimers支持通用、PWM和电机控制功能；.载波调制器发射器用于产生红外波形； 可编程中断定时器用于RTOS任务调度或者为ADC转换和可编程延迟模块提供触发源。K60ARM Cortex-M4 外部接口:.多功能外部总线接口提供和外部存储器、门阵列逻辑或IXD的接口。K6OARM Cortex_M4 系统:.5V容限的GPIO带引脚中断功能； 从1.7IV到3.6V的宽操作电压范围，闪存编程电压低至1.71V，并且此时闪存和模拟外设所有功能正常； 运行温度-40。C 到 105。C。
具体实施方式
三、本实施方式与具体实施方式
一所述的基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统的区别 在于，重力感应控制器14的型号为STM32。本实施方式所述的STM32具有更低的功耗，体积更小，外围电路更简单的优点。STM32 的内核为:ARM32 位 Cortex_M3CPU，最高工作频率 72MHz，1.25DMIPS/MHz。单周期乘法和硬件除法。STM32的存储器为:片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的SRAM存储器。STM32的时钟、复位和电源管理为:2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。P0R、PDR和可编程的电压探测器(PVD)。4-16MHZ的晶振。内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路。内部40kHz的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC的32kHz的晶振。低功耗:3种低功耗模式:休眠，停止，待机模式。为RTC和备份寄存器供电的VBAT0调试模式:串行调试(SWD )和JTAG接口。DMA: 12通道DMA控制器。支持的外设:定时器，ADC，DAC，SPI，IIC和USART。2个12位的us级的A/D转换器(16通道):A/D测量范围:0_3.6V。双采样和保持能力。片上集成一个温度传感器。2 通道 12 位 D/A 转换器:STM32F103xC, STM32F103xD, STM32F103xE 独有。最多高达112个的快速I/O端口:根据型号的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16个外部中断向量。除了模拟输入，所有的都可以接受5V以内的输入。最多多达11个定时器:4个16位定时器，每个定时器有4个IC/OC/PWM或者脉冲计数器。2个16位的6通道高级控制定时器:最多6个通道可用于PWM输出。2个看门狗定时器(独立看门狗和窗口看门狗)。Systick定时器:24位倒计数器。2个16位基本定时器用于驱动DAC。最多多达13 个通信接口:2 个 IIC接口(SMBus/PMBus)。5 个USART 接口(IS07816接口，LIN，IrDA兼容，调试控制)。3个SPI接口( 18Mbit/s)，两个和IIS复用。CAN接口(2.0B)。USB2.0 全速接口。SDIO 接口。
具体实施方式
四、结合图2具体说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一所述的基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统的区别在于，第一角度测量模块8包括第一角加速度传感器8-1、第一加速度传感器8-2和第二角加速度传感器8-3 ;车体倾角信号包括车体沿竖直方向上的角速度信号、车体沿竖直方向的角加速度信号、车体沿竖直轴转动的角加速度信号和车体沿竖直轴转动的角速度信号，第一角加速度传感器8-1用于采集车体沿竖直方向上的角速度信号，并将该车体沿竖直方向上的角速度信号发送至单片机7，第一加速度传感器8-2用于采集车体沿竖直方向的角加速度信号和车体沿竖直轴转动的角加速度信号，并将车体沿竖直方向的角加速度信号和车体沿竖直轴转动的角加速度信号同时发送至单片机7，第二角加速度传感器8-3用于采集车体沿竖直轴转动的角速度信号，并将该车体沿竖直轴转动的角速度信号发送至单片机7。单片机7根据车体沿竖直方向上的角速度信号和车体沿竖直方向的角加速度信号融合算出车体沿竖直方向倾角控制信号，单片机7根据车体沿竖直轴转动的角速度信号和车体沿竖直轴转动的角加速度信号融合算出车体沿竖直轴转动角控制信号。本实施方式中的第一角加速度传感器8-1横向放置于车体上，第一加速度传感器8-2竖直方向放置于车体上。
具体实施方式
五、结合图3具体说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一所述的基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统的区别在于，第二角度测量模块15包括第三角加速度传感器15-1、第二加速度传感器15-2和第四角加速度传感器15-3 ;控制器倾角信号包括控制器相对于水平面前后方向转动的角速度信号、控制器相对于水平面前后方向转动的角加速度信号、控制器相对于水平面左右方向转动的角加速度信号和控制器相对于水平面左右方向转动的角速度信号，第三角加速度传感器15-1用于采集控制器相对于水平面前后方向转动的角速度信号，并将该控制器相对于水平面前后方向转动的角速度信号发送至重力感应控制器14，第二加速度传感器15-2用于采集控制器相对于水平面前后方向转动的角加速度信号和控制器相对于水平面左右方向转动的角加速度信号，并将控制器相对于水平面前后方向转动的角加速度信号和控制器相对于水平面左右方向转动的角加速度信号同时发送至重力感应控制器14，第四角加速度传感器15-3用于采集控制器相对于水平面左右方向转动的角速度信号，并将该控制器相对于水平面左右方向转动的角速度信号发送至重力感应控制器14。重力感应控制器14根据控制器相对于水平面前后方向转动的角速度信号和控制器相对于水平面前后方向转动的角加速度信号融合算出控制器沿水平方向的倾角信号，重力感应控制器14根据控制器相对于水平面左右方向转动的角加速度信号和控制器相对于水平面左右方向转动的角速度信号融合算出控制器沿左右方向转过的角度信号，并将控制器沿水平方向的倾角信号、控制器沿左右方向转过的角度信号和方向控制信号通过第二蓝牙模块11传送出去。第三角加速度传感器15-1横向放置于控制器上，第四角加速度传感器15-3竖直方向放置于控制器上。
具体实施方式
六、本实施方式与具体实施方式
四或五所述的基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统的区别在于，第一角加速度传感器8-1、第二角加速度传感器8-3、第三角加速度传感器15-1和第四角加速度传感器15-3均采用ENC-03芯片。本实施方式所述的ENC-03是muRata的角速度传感器产品,在航模领域应用广泛，颇具名气，传感器大都集成度较高，适合各种高要求的场合。
具体实施方式
七、本实施方式与具体实施方式
四或五所述的基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统的区别在于，第一加速度传感器8-2和第二加速度传感器15-2均采用MMA7361芯片。本实施方式所述的第一加速度传感器8-2和第二加速度传感器15-2均为一种用于测量三轴方向(X，Y，Z)上加速度的传感器。ΜΜΑ7361芯片是一款模拟输出、低功耗、紧凑型电容式微机械加速度计，具有信号调理、低通滤波器、温度补偿、自测、可配置通过中断引脚(ΙΝΤ1或ΙΝΤ2)检测0g、以及脉冲检测。它的测量量程可通过命令选择2个加速度范围(1.5g，6g)。而且，对比同系列产品MMA7260, MMA7660的温飘更小，可靠性更高。在本发明中为了实现车体直立行走，需要采集如下信号:(I)车体沿竖直方向上的角速度信号和车体沿竖直轴转动的角速度信号；(2)车体沿竖直方向的角加速度信号和车体沿竖直轴转动的角加速度信号；(3)车体电机转速脉冲信号即第一电机3的转动信号和第二电机4的转动信号；需要进行如下控制环节，控制车体电机转动:( I)车体直立控制:使用车体倾角的H)(比例、微分)控制；(2)车体速度控制:使用PI (比例、积分)控制；(3)车体方向控制:使用P (比例)控制。可通过单片机7实现上述控制算法。车体的三种控制(直立、速度、方向)最终是将控制量叠加在一起作为电机输出电压控制量。直立控制是基础，它的调整速度非常快，速度和方向控制相对调整速度慢。速度和方向控制的输出量是直接叠加在电机控制电压上。它们假定直立控制会始终保持车体不跌倒，直立控制会自动调节车体的倾角以适应车体的加速、减速和转弯的需要。车体加速前进时，由速度控制算法给出电机增加的正向电压，电机开始逐步加速旋转。在此同时，车体直立控制会迅速进行调整，使得车体往前倾斜，车体开始加速。当车体速度达到设定值，由车体速到控制算法使得电机进入恒速运行。此时车体直立控制算法也会相应调整车体出于直立状态，车体恒速运行。车体减速过程与此类似，由速度控制算法减少了电机的电压，电机开始减速运行。直立控制算法会自动调整车体往后倾斜，使得车体减速。车体转向控制是在车速控制基础之上，调节两个电机驱动电压差使得电机运行速度出现差动，进而调整车体的方向。在此控制算法中，直立控制一直维持车体的直立状态，速度与方向控制将会成为直立控制的外部干扰。为了确保车体不会跌倒，因此外部的速度和方向控制算法调整速度不能够过快，过于剧烈。
权利要求
1.基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统，所述的机器人控制系统包括控制器和车体，其特征在于:基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统包括第二编码器(I)、第一编码器(2)、第一电机(3)、第二电机(4)、第一电机驱动电路(5)、第二电机驱动电路(6)、单片机(7)、第一角度测量模块(8)、摄像头(9)、上位机(10)、第一蓝牙模块(11)、第二蓝牙模块(12)、OLED显示器(13)、重力感应控制器(14)、第二角度测量模块(15)和触摸按键模块(16)， 触摸按键模块(16)的方向控制信号输出端与重力感应控制器(14)的方向控制信号输入端连接， 第二角度测量模块(15)控制器倾角信号输出端与重力感应控制器(14)的控制器倾角信号输入端连接， 重力感应控制器(14)的显示信号输出端与OLED显示器(13)的显示信号输入端连接，重力感应控制器(14)的无线通信信号输出端与第二蓝牙模块(12)的无线通信信号输入端连接， 第一蓝牙模块(11)用于接收第二蓝牙模块(12 )发射的无线信号； 第一蓝牙模块(11)的无线信号输出端与上位机(10)的无线信号输入端连接； 上位机(10)的视频信号输入端与摄像头(9)的视频信号输出端连接， 摄像头(9)用于采集车体前方的视频信号； 上位机(10)的无线调整信号输出端与第一蓝牙模块(11)的无线调整信号输入端连接; 单片机(7)采用无线通信接口与第一蓝牙模块(11)进行无线通信； 第一角度测量模块(8)的车体倾角信号输出端与单片机(7)车体倾角信号输入端连接， 单片机(7)的竖直方向倾角控制信号输出端与第一电机驱动电路(5)的竖直方向倾角控制信号输入端连接， 单片机(7)的竖直轴转动角控制信号输出端与第二电机驱动电路(6)的竖直轴转动角控制信号输入端连接， 第一电机驱动电路(5)用于驱动第一电机(3)工作； 第二电机驱动电路(6)用于驱动第二电机(4)工作； 第一编码器(2)用于米集第一电机(3)的转动信号； 第二编码器(I)用于采集第二电机(4)的转动信号； 第一编码器(2)的转速信号输出端与单片机(7)的第一转速信号输入端连接， 第二编码器(I)的转速信号输出端与单片机(7)的第二转速信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统，其特征在于:所述的单片机(7)的型号为K60ARM Cortex-M4。
3.根据权利要求1所述的基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统，其特征在于:重力感应控制器(14)的型号为STM32。
4.根据权利要求1所述的基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统，其特征在于:第一角度测量模块(8)包括第一角加速度传感器(8-1)、第一加速度传感器(8-2)和第二角加速度传感器(8-3);车体倾角信号包括车体沿竖直方向上的角速度信号、车体沿竖直方向的角加速度信号、车体沿竖直轴转动的角加速度信号和车体沿竖直轴转动的角速度信号， 第一角加速度传感器(8-1)用于采集车体沿竖直方向上的角速度信号，并将该车体沿竖直方向上的角速度信号发送至单片机(7)， 第一加速度传感器(8-2 )用于采集车体沿竖直方向的角加速度信号和车体沿竖直轴转动的角加速度信号，并将车体沿竖直方向的角加速度信号和车体沿竖直轴转动的角加速度信号同时发送至单片机(7)， 第二角加速度传感器(8-3)用于采集车体沿竖直轴转动的角速度信号，并将该车体沿竖直轴转动的角速度信号发送至单片机(J)。
5.根据权利要求1所述的基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统，其特征在于:第二角度测量模块(15)包括第三角加速度传感器(15-1 )、第二加速度传感器(15-2)和第四角加速度传感器(15-3);控制器倾角信号包括控制器相对于水平面前后方向转动的角速度信号、控制器相对于水平面前后方向转动的角加速度信号、控制器相对于水平面左右方向转动的角加速度信号和控制器相对于水平面左右方向转动的角速度信号， 第三角加速度传感器(15-1)用于采集控制器相对于水平面前后方向转动的角速度信号，并将该控制器相对于水平面前后方向转动的角速度信号发送至重力感应控制器(14)， 第二加速度传感器(15-2)用于采集控制器相对于水平面前后方向转动的角加速度信号和控制器相对于水平面左右方向转动的角加速度信号，并将控制器相对于水平面前后方向转动的角加速度信号和控制器相对于水平面左右方向转动的角加速度信号同时发送至重力感应控制器(14)， 第四角加速度传感器(15-3)用于采集控制器相对于水平面左右方向转动的角速度信号，并将该控制器相对 于水平面左右方向转动的角速度信号发送至重力感应控制器(14)。
6.根据权利要求4或5所述的基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统，其特征在于:第一角加速度传感器(8-1)、第二角加速度传感器(8-3)、第三角加速度传感器(15-1)和第四角加速度传感器(15-3 )均采用ENC-03芯片。
7.根据权利要求4或5所述的基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统，其特征在于:第一加速度传感器(8-2)和第二加速度传感器(15-2)均采用MMA7361芯片。
全文摘要
基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统，本发明具体涉及基于两轮自平衡重力感应控制的机器人控制系统。它为了解决传统的移动机器人技术存在体积大、结构复杂、运动迟缓、工作空间局限化的问题。本发明通过第一角度测量模块和第二角度测量模块采集车体倾角信号和控制器倾角信号，并将信号分别发送至单片机和重力感应控制器，重力感应控制器将接收到的信号通过两个蓝牙模块分别发送至上位机和单片机，上位机通过单片机控制两个驱动电机，驱动电机用于驱动电机工作，通过两个编码器将两个电机的转动信号反馈至单片机。本发明适用于军事、航天和航海等领域。
文档编号B25J13/00GK103192394SQ201310136040
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者侯成宇, 崔金非, 徐志剑, 卢子琦, 原为一, 黄永祥 申请人:哈尔滨工业大学