基于视觉导航的两轮自平衡小车系统论文

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1、北华大学毕业设计（论文）摘　　要两轮自平衡小车是移动机器人的一个重要分支，具有体积小、运动灵活、可零半径转弯等诸多优点。并且相对于传统的四轮车，两轮车在直立行走、导航方面对硬件设计、软件开发以及系统调试等提出了更高的要求。本文设计了一种基于视觉导航的两轮自平衡小车系统，并实现了小车的直立行走、自主寻迹两大功能。系统用飞思卡尔十六位微处理器XS128作为核心控制单元，通过增加各种传感器并编写相应程序以完成平衡控制，速度控制，转向控制和自主寻迹四大任务。本设计通过对倒立摆动力学模型的分析，得到小车平衡的条件。利用陀螺仪和加速度计获得车体的倾角和角速度，并进行互补滤波，对倾角进行PD控制实现

2、小车的基本直立；通过光电编码器得到车子的速度，通过转向陀螺仪得到转向角速度，对速度进行PI控制，将转速控制信号与平衡控制信号叠加加载到后轮两电机上，实现小车的静止和直立行走；用摄像头获得道路图像信息，进行图像预处理，提取出路径中心线，获得小车的方向偏差控制量，通过对方向控制量和转向角速度进行PD控制来调节左右两轮的差速实现小车的转向和自主寻迹。本设计利用了串口调试上位机对系统进行实时调试。实践证明，该两轮自平衡车具有很好的静态平衡性能和动态性能，并能在道路上自主寻迹，流畅转弯，且该系统能有效地抵抗外部扰动。关键词：视觉导航；自平衡；倒立摆；互补滤波；上位机-3-北华大学毕业设计（论文）

3、AbstractTwo-wheeledself-balancingvehicleisanimportantbranchofthemobilerobot,withasmall,flexiblemovement,canzeroturningradius,andmanyotheradvantages.Andrelativetothetraditionalfourcars,two-wheelersintheuprightwalking,navigationhardwaredesign,softwaredevelopmentandsystemdebuggingandputforwardhighe

4、rrequirements.Thispaperhasdesignedatwowheeledself-balancedintelligentcarsystembasedonvisualnavigation,andfinallyachievedthegoalthatthecarcouldwalkuprightstablyandrunalongtheracingtrack.FreescalesixteenmicroprocessorsystemsMC9S12XS128asthecorecontrolunit,byaddingavarietyofsensorsandtoprepareappro

5、priateprocedurestocompletethebalancecontrol,speedcontrol,steeringcontrolandautonomoustrackingofthefourtasks.Throughthisdesigninvertedpendulumdynamicsmodeling,analoggetthecarbalancedconditions.Then,thissystemusesgyroscopesandaccelerometerstomeasurethedipangleandangularvelocityofthecar,andutilizin

6、gComplementaryFiltertofusedipangleandangularvelocity.PDcontrolinclinationisachievedonthebasiccarupright.Thenthedesignusesphotoelectricencoderstoobtainthespeedoftwowheelsandsteeringangularvelocity.ThespeediscontrolledbyPIcontroller.Thecarcouldkeepstationaryanduprightbycombiningthespeedcontrolsign

7、alanddipanglecontrolsignaltogether.ThedesignusesaCCDimagesensortoobtaincurrentimageinformation.Throughimageprocessing,extractingthetrackcenterlineandgettingthedirectionmigrationinformation,wegetthedirectionsignal,thesystemco