试析二轮小车倒立摆超声波避障研究

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1、论又题目三整小主型皇坚壑苎堕垦壁!垒作者姓名学科专业导师姓名完成时间薛彦诚控制理论与控制工程堑塑芏型塾堡二0o七年十月中国科学技术大学硕l：学位论文摘要二轮小车倒立摆的避障问题要求其在控制摆杆稳定的同时躲避障碍物，且在水平地面上自由行走。因此，对控制的时效性和稳定性提出了严格的要求。基于二轮小车倒立摆对实时性的特殊要求，传统的稳定型机器人的避障方案就不能满足其对快速性的特殊需要。采用以人工势场法为主，栅格法为辅的避障方案有效的解决其实时性的要求。首先，根据势场法快速反应的特点迅速给出避障决策。当势场法不能准确给出正确决策

2、的时候，采用栅格法对其做辅助决策，弥补人工势场法的不足。仿真结果表明：该方法不仅能使二轮倒立摆小车有效的躲避障碍物，而且，在避障决策给出小车状态修正量后，依旧能保持小车的稳定运行。文中采用超声波进行环境探测，利用人工势场法为主的避障方案实现了倒立摆小车的避障功能。为了更好地描述与控制二轮倒立摆小车，文中针对无线通信模块进行了研究与实验，通过PTR2000无线通信模块实现了倒立摆小车与PC机之间的数据通信。通过对无线模块相应的编程，基本实现了PC机端的无线数据接收，实时显示由DSP发送过来的数据。基于无线通信模块，本文还实

3、现了对二轮小车倒立摆遥控部分的改进，希望在今后的设计中取代不稳定的红外遥控模块。关键词：二轮倒立摆小车，避障，人工势场法，橱格法，无线通信，PTR2000中国科学技术大学硕士学位论文AbstractIntheDual-wheelCart‘InvertedPendulumsystem．amajorconcerniStostabilizethePendulumwhenwalkingandavoidingobstacles．Obviously,itdemandsanewstrategytofulfillthestrictreq

4、uirementsonreal-timecapabilityandstability,becausetheconventionalstrategiesarenolongersuitable．Anewapproachisproposedbasedontheartificialpotentialfieldandgridsapproaches，whichCalleasilysatisfyaboverequirements．Byutilizingtheadvantagesofartificialpotentialfieldapp

5、roach,thePendulumCallmakequicklyevadiblereactions；ontheotherhand，gridsapproachacts鹅allauxiliaryunitandhelpstomaketherightdecisionwhenthePendululncannotmaketherightstrategyfromartificialpotentialfieldapproach．ThesimulationresultsillustratethattheproposedapproachCa

6、nefficientlykeeptheDual-wheelCart—InvertedPendulumavoidingobstaclessteadily．TocontrolDual··wheelCart-rInvertedPendulumefficiently,thewirelesscommunicationbetweenDual--wheelCart··InvertedPendulumandComputerwithPTR2000hasbeenestablished．DatacallbereceivedfromDSPand

7、shownontheComputerinreal-timethroughPTR2000．Based011themoduleofwirelesscommunication,theremotecontrolofDual—wheelCart-InvertedPendulumisrealized，whichcanreplacetheunstableinfraredremotecontrolmoduleinthefuture．Keywords：Dual-wheelcart-invertedpendulum，Collisionavo

8、idance，ArtificialPotentialField，Grids，WirelessCommunication3中国科学技术大学硕士学位论文第一章绪论1．1二轮小车倒立摆系统避障问题简介二轮小车倒立摆的避障问题要求其在控制摆杆稳定的同时躲避障碍物，且在水平地面上自由行走。因此，对控制的时效性上提出了严格的要求