自平衡行驶装置及其控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110888444A(43)申请公布日2020.03.17(21)申请号201911227502.7(22)申请日2019.12.04(71)申请人腾讯科技（深圳）有限公司地址518057广东省深圳市南山区高新区科技中一路腾讯大厦35层(72)发明人王帅张正友郑宇来杰陈相羽杨思成赵龙飞(74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司72001代理人孙之刚刘春元(51)Int.Cl.G05D1/02(2020.01)权利要求书4页说明书19页附图9页(54)发明名称自平衡行驶装置及其控制方法(57)摘要本文描述了一种自平衡行驶装置及其控制方法、计算机可读存储介质以及计算设备。自平衡行驶装置包括架体、前轮转向系统、后轮驱动系统、传感器单元、控制器，其中控制器被配置为基于传感器感测的行驶装置相关的参数执行对于前转轴驱动装置驱动前转轴转动的角速度的控制以使得行驶装置以目标倾角保持平衡。自平衡行驶装置还可以包括动量轮系统，并且控制器还可以被配置为执行对于动量轮驱动装置驱动动量轮的转动的力矩的控制以使得行驶装置以目标倾角保持平衡。CN110888444ACN110888444A权利要求书1/4页1.一种自平衡行驶装置，包括：架体；前轮转向系统，包括前轮、前转轴以及前转轴驱动装置，其中所述前轮安装到所述前转轴上并相对于所述前转轴可转动，所述前转轴安装到所述架体的第一端并相对于所述架体可转动，所述前转轴驱动装置被配置成通过驱动所述前转轴的转动以调节所述前轮的方向；后轮驱动系统，包括后轮以及后轮驱动装置，其中所述后轮安装到所述架体的第二端并相对于所述架体可转动，所述后轮驱动装置被配置成驱动所述后轮的转动以驱动所述行驶装置行驶；传感器单元，被配置为感测行驶装置相关的参数，所述行驶装置相关的参数包括所述架体的倾角、所述前转轴的转角以及所述行驶装置行进的速度；控制器，被配置为基于所述行驶装置相关的参数执行控制以使得所述行驶装置以目标倾角保持平衡，所述控制包括对于所述前转轴驱动装置驱动所述前转轴转动的角速度的控制。2.根据权利要求1所述的自平衡行驶装置，还包括动量轮系统，所述动量轮系统包括动量轮和动量轮驱动装置，所述动量轮安装到所述架体上，所述动量轮驱动装置被配置成驱动所述动量轮在与架体的平面垂直的平面内转动。3.根据权利要求2所述的自平衡行驶装置，其中所述行驶装置相关的参数还包括所述动量轮的转角，并且其中所述控制还包括对于所述动量轮驱动装置驱动所述动量轮的转动的力矩的控制。4.根据权利要求1至3中任一项所述的自平衡行驶装置，其中控制器还被配置成接收包括所述架体的目标倾角。5.根据权利要求3所述的自平衡行驶装置，其中所述控制器被配置成：确定控制矩阵K，根据下式执行所述控制：其中，，其中，Tr为所述动量轮驱动装置驱动所述动量轮的转动的力矩，为所述前转轴驱动装置驱动所述前转轴转动的角速度，θ为所述架体的倾角，φ为所述动量轮的转角，为所述前转轴的转角，为包括所述架体的目标倾角的目标状态向量。6.根据权利要求5所述的自平衡行驶装置，其中所述控制器被配置为确定控制矩阵K为：2CN110888444A权利要求书2/4页其中，R表示正定阵，B表示输入矩阵，P为下式的解：其中，Q表示另一正定阵，其中，，，m1为所述自平衡行驶装置的除所述动量轮之外的质量，m2为所述动量轮的质量，L1为所述自平衡行驶装置的除所述动量轮之外的重心的高度，L2为所述动量轮的重心的高度，I1为所述自平衡行驶装置的除所述动量轮之外的转动惯量，L为所述前轮和所述后轮的轴心间距，h为所述自平衡行驶装置的重心高度，V为自平衡行驶装置行进的速度，g为重力加速度。7.根据权利要求6所述的自平衡行驶装置，其中，所述输入矩阵B为：其中，，I2为所述动量轮的转动惯量，d为所述前轮和地面的接触点与所述自平衡行驶装置的重心之间的水平距离。8.根据权利要求6所述的自平衡行驶装置，其中，当动量轮的转速为零时，所述输入矩阵B为：其中，，d为所述前轮和地面的接触点与所述自平衡行驶装置的重心之间的水平距离。9.根据权利要求5所述的自平衡行驶装置，其中所述控制器被配置成确定控制矩阵K为：3CN110888444A权利要求书3/4页其中，，其中，p为K的下角标，L为所述前轮和所述后轮的轴心间距，V为自平衡行驶装置行进的速度，g为重力加速度，np为Kp(V)的多项式次数，为Kp(V)中i次项对应的多项式系数。10.根据权利要求9所述的自平衡行驶装置，其中所述多项式系数是通过对Kp(V)与的关系进行最小二乘拟合确定的。11.一种用于控制自平衡行驶装置的方法，其中所述自平衡行驶装置包括：架体；前轮转向系统，包括前轮、前转轴以及前转轴驱动装置，其中所述前轮安装