本发明涉及一种两轮移动机器人行走机构及其稳定控制方法，属于移动机器人。
背景技术：
1、随着人工智能技术和人类活动范围的不断扩大，机器人尤其是移动机器人在巡检、安防、场景讲解等领域存在着极其广泛的市场，这些场景路面相对平坦，但具有空间狭窄、环境多变的特点，要求机器人能够频繁转向和调整自身姿态。两轮移动机器人作为移动机器人中的一个分支，其具有结构简单、体积小、运动灵活、零转弯半径等特点。
2、现有的两轮自平衡移动机器人多采用倒立摆结构，如专利cn219916227u、cn217994684u，这种结构类似于一个倒立过来的摆锤，中心在移动机器人轮轴的上方，头重脚轻，通过控制轮子的加减速来控制自身平衡，具体来说，当机器人整体向前倾斜时可通过给两轮相同的向前加速度来减少前倾，同理，当机器人整体向后倾斜时可通过给两轮相同的向后加速度来减少后倾。采用这种结构的移动机器人要求在通过实时调节轮子加速度来保持自身平衡的同时进行运动，若不能及时调节平衡可能会导致整体倾倒，具有控制系统稳定性要求高、能源消耗大、故障容忍性低等缺点。
技术实现思路
1、为了克服现有研究的不足，本发明提供了一种两轮移动机器人行走机构及其稳定控制方法，以解决目前两轮自平衡移动机器人结构稳定性差、控制系统稳定性要求高等问题。
2、一种两轮移动机器人行走机构包括：
3、壳体：包括上壳体和下壳体，所述下壳体内固定连接有一支撑组件；支撑组件具有足够的刚度，在起到固定电机作用的同时，使得下壳体内部呈扁“口”字形，改善简支梁的受力结构，防止两个电机在驱动过程中支撑组件发生形变导致两个行走轮所在平面呈“八”字形，影响运动控制精度；
4、低重心行走机构：包括同轴设置在下壳体左右两侧的一对行走轮，所述行走轮通过驱动轴安装孔安装在所述下壳体上，所述驱动轴安装孔的位置位于整个行走机构重心的正上方；实现了一种稳定的低重心行走机构；这种设计利用重心低于车轮轴线下方的特点，使得当行走机构在行走过程中发生摆动时，且由于行走机构受到重力的作用，重力会给行走机构施加力，形成与摆动方向相反的回复力矩使得行走机构自主调节平衡、避免发生倾覆；
5、该行走机构在行走时由于对行走轮施加扭矩，使其旋转从而带动行走机构移动，与此同时行走轮会对下壳体产生一个反作用力，这个反作用力会使下壳体发生摆动，为保证下壳体可以在小范围内摆动，要满足在底盘处于最大摆动角度时，底盘所受到的回复力矩m回大于行走轮旋转所产生的反作用力矩m反。即为：m回＝g×lsinθ>m反此时该行走机构可在小范围摆动角度内稳定行走，不会产生底盘翻转；
6、行走轮传动机构：由同步带主动轮、同步带和同步带从动轮组成；其中，主动轮直径小于从动轮，具有减速和提高驱动力的效果，
7、行走轮驱动电机：通过行走轮传动机构驱动行走轮滚动，与所述支撑组件固定连接，并通过联接键与同步带轮主动轮联结进行传动，通过定位销与同步带轮主动轮连接；
8、惯性飞轮机构：由惯性飞轮、编码器电机、编码器电机座组成，惯性飞轮与编码器电机输出轴固定连接，编码器电机末端通过编码器电机座与支撑组件进行固定连接；通过在下壳体内部纵向布置惯性飞轮机构，结构简图如附图3所示，实现前后摆动的平衡控制；
9、和控制系统。
10、上壳体用于安装激光雷达等传感器，下壳体用于安装行走轮和壳体内部行走轮传动机构、行走轮驱动电机、支撑组件、惯性飞轮机构等。
11、所述控制系统包括：
12、电源：用于给该行走机构内部所有设备供电；
13、上位机：用于接收激光雷达所发送的信息，进行数据处理，用于定位、建图、导航以及给控制芯片stm32发送指令；
14、第一stm32：用于接收上位机发送的指令，通过控制直流无刷减速电机的驱动模块05，进而控制直流无刷电机的转速、转向，来实现行走机构的运动控制；
15、第二stm32：用于接收上位机发送的指令，以及实时获取mpu605004所发送的位姿信息，通过pid算法进行数据解算，得出编码器电机需要的转速、转向等信息，通过控制驱动编码器电机的驱动模块05，进而控制编码器电机的转速、转向，来实现行走机构的稳定控制；
16、mpu6050：用于读取当前行走机构的角度、角速度、角加速度信息；
17、激光雷达：用于获取当前的环境信息并实时上传到上位机。
18、所述上壳体通过激光雷达支座连接有激光雷达。
19、所述下壳体侧面设置有用于调节整个机构质量大小和重心位置，并使重心位于所述两轮轴线的正下方的重心调节槽和重心调节质量块。
20、所述惯性飞轮重量均匀分布在圆周边缘且重心位于飞轮轴线两侧。
21、一种两轮移动机器人行走机构的稳定控制方法，上位机获取激光雷达信息进行路径规划，发送速度、方向信息给控制芯片，进而通过控制两个行走轮驱动电机的转动方向和速度控制行走机构前进、后退和转向，从而实现按照规划的轨迹运动
22、当行走轮驱动电机向两轮施加向前的驱动力时，两轮向前运动并导致重心前倾，姿态传感器实时检测倾角，当倾角大于设定阈值时，减小电机驱动力，利用重心前倾产生的回复力矩使壳体恢复平衡位置，重心回到两轮轴线正下方，避免壳体倾覆：
23、当两轮启动和加速时，控制惯性飞轮的转动方向产生与回复力矩相同的惯性力矩；
24、当两轮停止和减速时，控制惯性飞轮的转动方向产生与回复力矩相反的惯性力矩，降低壳体倾斜幅度并减小壳体往复震荡周期，提高行走机构运动的稳定性
25、移动机器人行走机构启动或具有向前的加速度时，机器人重心有前倾的趋势，左侧编码器电机逆时针转动，右侧编码器电机顺时针转动，两侧惯性飞轮同时向后旋转，给机器人本体提供一个与反作用力矩m反相反的力矩m飞轮，和回复力矩m回共同作用，抵消反作用力矩m反，降低壳体倾斜幅度并减小壳体往复震荡周期，提高行走机构运动的稳定性。
26、移动机器人行走机构停止或具有向后的加速度时，机器人重心有后摆的趋势，此时左侧编码器电机顺针转动，右侧编码器电机逆时针转动，两侧惯性飞轮同时向前旋转，给机器人本体提供一个与反作用力矩m反相反的力矩m飞轮，抵消回复力矩m回和反作用力矩m反，降低壳体倾斜幅度并减小壳体往复震荡周期，提高行走机构运动的稳定性。
27、移动机器人匀速移动时，回复力矩m回与惯性飞轮提供力矩m飞轮共同作用，和力矩与反作用力矩m反大小相等方向相反，使得机器人本体保持平衡。
28、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
29、该两轮移动机器人行走机构采用低重心行走机构，行走机构重心低于轮轴高度，结构上具有较好稳定性和自主平衡性，降低了控制系统的复杂性，有利于该移动机器人进行平衡控制，提高了两轮自平衡移动机器人的故障容忍性，降低了倾覆的可能性。
30、该两轮移动机器人行走机构采用低重心行走机构的下壳体内部设有组件，该电机支撑结构两端与底盘固定连接，撑组件具有足够的刚度，在起到固定电机作用的同时，使得下壳体内部呈扁“口”字形，改善简支梁的受力结构，防止两个电机在驱动过程中支撑组件发生形变导致两个行走轮所在平面呈“八”字形，影响运动控制精度。
31、该两轮移动机器人行走机构采用单独的平衡机构，移动与平衡独立控制，解决了传统两轮倒立摆机构通过控制两轮移动来保持平衡较为困难的问题，降低了对控制系统复杂程度的要求，提高了控制系统的稳定性，有利于两轮移动机器人自主导航的实现
1.一种两轮移动机器人行走机构，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种两轮移动机器人行走机构，其特征在于：所述控制系统包括：
3.根据权利要求1所述的一种两轮移动机器人行走机构，其特征在于：所述上壳体通过激光雷达支座连接有激光雷达。
4.根据权利要求1所述的一种两轮移动机器人行走机构，其特征在于：所述下壳体侧面设置有用于调节整个机构质量大小和重心位置，并使重心位于所述两轮轴线的正下方的重心调节槽和重心调节质量块。
5.根据权利要求1所述的一种两轮移动机器人行走机构，其特征在于：所述惯性飞轮重量均匀分布在圆周边缘且重心位于飞轮轴线附近。
6.一种根据权利要求1-5所述的两轮移动机器人行走机构的稳定控制方法，其特征在于：上位机获取激光雷达信息进行路径规划，发送速度、方向信息给控制芯片，进而通过控制两个行走轮驱动电机的转动方向和速度控制行走机构前进、后退和转向，从而实现按照规划的轨迹运动；
7.根据权利要求6所述的一种两轮移动机器人行走机构的稳定控制方法，其特征在于：当行走轮驱动电机向两轮施加向前的驱动力时，两轮向前运动并导致重心前倾，姿态传感器实时检测倾角，当倾角大于设定阈值时，减小电机驱动力，利用重心前倾产生的回复力矩使壳体恢复平衡位置，重心回到两轮轴线正下方，避免壳体倾覆。
8.根据权利要求7所述的一种两轮移动机器人行走机构的稳定控制方法，其特征在于：移动机器人行走机构启动或具有向前的加速度时，机器人重心有前倾的趋势，左侧编码器电机逆时针转动，右侧编码器电机顺时针转动，两侧惯性飞轮同时向后旋转，给机器人本体提供一个与反作用力矩m反相反的力矩m飞轮，和回复力矩m回共同作用，抵消反作用力矩m反，降低壳体倾斜幅度并减小壳体往复震荡周期，提高行走机构运动的稳定性。
9.根据权利要求7所述的一种两轮移动机器人行走机构的稳定控制方法，其特征在于：移动机器人行走机构停止或具有向后的加速度时，机器人重心有后摆的趋势，此时左侧编码器电机顺针转动，右侧编码器电机逆时针转动，两侧惯性飞轮同时向前旋转，给机器人本体提供一个与反作用力矩m反相反的力矩m飞轮，抵消回复力矩m回和反作用力矩m反，降低壳体倾斜幅度并减小壳体往复震荡周期，提高行走机构运动的稳定性。
10.根据权利要求7所述的一种两轮移动机器人行走机构的稳定控制方法，其特征在于：移动机器人匀速移动时，回复力矩m回与惯性飞轮提供力矩m飞轮共同作用，合力矩与反作用力矩m反大小相等方向相反，使得机器人本体保持平衡。
