机器人,设计,论文,平衡

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1、分类号密级　ＵＤＣ　编号本科毕业论文(设计)题目单轴双轮自平衡机器人的设计与制作系别专业名称电子信息科学与技术年级学生姓名学号指导教师二〇一六年四月目录1.绪论11.1引言11.2本文研究的内容22.理论分析32.1自平衡小车的物理建模22.2PID控制技术82.3简易对称互补滤波技术93.系统设计133.1硬件设计方案论证93.2软件设计方案论证94.综合调试145.总结13参考文献15附录部分程序代码16摘要：单轴双轮自平衡机器人是一个极不稳定的系统，常用来检验控制算法的有效性。本文主要综述了单轴双轮自平衡系

2、统的研究现状，以及单轴双轮自平衡系统的研究价值。然后通过物理建模得到了单轴双轮自平衡系统的运动学特性，并结合传感器技术和自动控制理论提出了一个单轴双轮自平衡小车的设计方案。采用了陀螺仪和加速度传感器分别对车体倾角进行检测，利用对称互补滤波算法对检测到的数据进行融合得到精确的车体倾角，再引入PID技术对车体姿态进行精确控制。最后对论文所做的工作进行了总结，对未来的研究和发展做出了展望。关键词：自平衡电机驱动PID技术陀螺仪简易对称互补滤波器Abstract:Theuniaxialtwo-wheeledself-ba

3、lancingrobotisaveryunstablesystem,sooftenusedtotesttheeffectivenessofthecontrolalgorithm.Inrecentyearsmanyexpertsfromhomeandabroadhavehadadeepresearchonthetheoryofuniaxialtwo-wheeledself-balancing,andthetheorywasgreatlypromoted.Thenthroughthephysicalmodelingt

4、hekinematiccharacteristicswasfound,andCombinedwithsensortechnologyandautomaticcontroltheoryadesignwasPresented.Thegyroscopeandaccelerometersensorsarerespectivelyonrobotinclinationdetection,complementarysymmetryfilteringalgorithmwasusedtodealwithdataandgetthep

5、recisebodyinclination,ThenintroducePIDtechnologyonvehicleattitudecontrol.Finallythepapermakesaconclusion,implicationsforfutureresearchanddevelopmentprospects.Keywords:self-balancemotor-drivesPIDtechnologygyroscopesimplecomplementaryfiltering1.绪论1.1引言近年来，随着人工智

6、能理论和传感器技术的发展，机器人理论得到了很大的发展。做为移动机器人中的一个重要分支，单轴双轮自平衡系统也引起了国内外的科研机构和企业以及一些机器人DIY爱好者的关注。它是一个绝对不稳定系统，必须施加强有力的控制手段才能保重其平衡，所以它可以用于检验控制算法的有效性。由于引入了人工智能技术和传感器技术所以可以完成复杂环境下的复杂任务，只需要在硬件上做很少的改动就可以增加载人功能，成为单轴双轮自平衡代步车。2002年瑞士联邦技术学院工业电子实验室的研究人员研制的名为JOE的基于倒立摆的小型自平衡两轮车模型，是由DS

7、P芯片进行控制的。它由车架上方所附的重物模拟实际车中的驾驶者。研究人员通过陀螺仪和光电编码器测量的数据，用线性状态反馈控制器控制整个系统的平衡稳定[1]。同年，美国kgo公司的SteveHassenplug设计了两轮自平衡传感式机器人Lcgway。这个设计引入了电机的差动驱动方式，它可以工作在倾斜面甚至不规则表面上，可遥控操作。通过对电动机进行遥控，Legway可以在前行，后退和转弯时保持平衡，可以实现零半径转弯和U型回转。同年三洋电机展示了可依靠上体倒立来保持平衡的双轮行走机器人“FLATHRU”，大小为602

8、×463×564mm，重20Kg。移动速度方面，平地行走时最大30cm/s，可搬运重量最大为10Kg，运行时间约为1小时。车轮中嵌有一个输出功率为90W的直流电动机，头部则嵌入了两个相同的电动机。为了检测上体的平衡情况，使用了3个陀螺仪和1个3轴加速度传感器。同年，美国Segway公司开发了世界上第一部能够自平衡的两轮电动车，时速高达20Km/h。该电动车把人们从传统的“