两轮自平衡倒立摆式机器人系统设计与控制

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1、分类号：密级０５巧１１１ＵＤＣ单位代：＠乂是洛事乂掌全日制应用型硕±研究生学位论文两轮自平衡倒立摆式机器人系统设计与控制孙兩莉指导教师徐进学教授企业导师谭广黎高级工程师申请学位类别工程硕±工程领域控制工程学位授予单位大连海事大学２０１６年６月分类号密级ＵＤＣ单位代码１０１５１大连海事大学工程硕±学位论文两轮自平衡倒立摆式机器人系统设计与控制（学位论文形式：应用研究）孙丽莉指导教师徐进学职

2、称教授指导教师谭广黎职称高级［稱师学位授予单位人连海单火学申请学位类别工程硕±工程领域控制工程论文完成日期２０１６年６月答辩日期２０１６年６月答辩委员会魏Ｃ－ｗｈｅｅ－ＴｈｅＤｅｓｉｎａｎｄｏｎｔｒｏｌｏｆＴｗｏｌｅｄＳｅｌｆｂａｌａｎｃｉｎｇｇＩｎｖｅｒｔｅｄ－ｅｎｄｕｌｕｍＲｏｂｏｔＳｓｔｅｍｐｙＡ化ｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｔｅｄ化ＤａｌｉａｎＭａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＩｎａｒｔｉａｌｆｉｌｌ行Ｕｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｅｑｕｉｒ

3、ｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｄｅｒｅｅｏｆｐｇＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇｂｙＳｕｎＬｉｌｉＣｏｎｔｒｏｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎ（ｇｇ）ＴｈｅｓｉｓＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：ＰｒｏｆｅｓｓｏｒＸｕＪｉｎｘｕｅＭａｙ２０１６大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究王作所取得的成果，＂＂撰写成硕±学位论文两轮自平衡倒立摆式机器人系统设计与控制。除论文中己经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人

4、和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学目Ｐ位论文的规定，：大连海事大学有权保留并向国家有关部口或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学

5、位论文收录到《中国优秀博硕：ｔ学位论文全文数据库》（中国学术期刊（光盘版）电子巧志社）、《中国学位论文全文数据库》（中国科学技术信息研究所）等数据库中，并化子出版物形式出版发巧和提供信息服务。保密的论文在解密巧遵守此规巧。本学位论文属于：保密□巧年解密后适用本授权书。／＂＂不保密口（请在Ｗ上方框内打Ｖ）＊￣：论文作者签名名於浑导师签名：＾］）＾＾曰期：年月＞曰。＾／＞／＾中文摘要摘要一个本质不稳定系统两轮自平衡倒立摆式机器人是，由于其自身的特性，可Ｗ用来研究各种控制算法，。它具

6、有结构简单、成本低、能量利用率高等特点并且在很多领域代替人类从事着危险、复杂的劳动，发挥着重要的作用。近些年来，一由于其具有广阔的应用前景，已经成为机器人研究领域的个重要分支。本文设一计了个基于ＢｅａｇｌｅＢｏｎｅＢｌａｃｋ开发板的两轮自平衡倒立摆式机器人。机器人使用集成了加速度计和陀螺仪的姿态检测模块ＭＰＵ６０５０检测角度和－４角速度，超声波模块ＨＣＳＲ０测量机器人与障碍物之间的距离，光电编码器测量车轮的转速；ＢｅａｇｌｅＢｏｎｅＢｌａ化开发板通过卡尔曼滤波将得到的角度和角速度进行数据融合，得到比较

7、准确的角度，同时对测得的所有数据进行处理得到ＰＷＭ值，通过电机驱动模块ＴＢ６６１２驱动电机，实现机器人的平衡Ｗ及避障功能。本文又根据经典的牛顿力学对系统建立动态数学模型，根据建立的模型设计双闭环ＰＩＤ控制器，并对设计的控制器进行仿真实验，为实物调试提供理论依据。本文结合硬件设计及系统工作方式对系统进行软件设计，。最后根据仿真得到的结果进行软硬件的整体调试工作，。最终使机器人能够达到平衡状态并能实现避障功能。ｌ：ＢｅａｌｅＢｏｎｅＢａｃｋＰＩＤ控关键词轮式倒立摆；机器人；ｇ；制；软硬件设计英文摘要

8、ＡＢＳＴＲＡＣＴ－ｗｈｅｅ－－Ｔｗｏｌｅｄｓｅｌｆｂａｌａｎｃｉｎｇｉｎｖｅｒｔｅｄｅｎｄｕｌｕｍｒｏｂｏｔｉｓａｎａｔｕｒａｌｕｎｓｔａｂｌｅｓｓｔｅｍｐｙ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｕｓｅｄ化ｓｔｕｄｙｖａｒ