电子方法论作业

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1、项目名称：两轮自平衡机器人申请人：毛静娜（电子090309214066）单位：电子信息工程学院二O—一年八月二十日1•课题简介（简要说明课题的目的意义、主要研究内容、预期目标等。字数要求1000字以内）1.1课题的目的意义近年來，随着移动机器人研究不断深入、其应用领域更加广泛，面临的环境和任务也越來越复杂。有时机器人会遇到比较狭窄，而且有许多大转角的工作场合，如何在这样的环境里灵活快捷的执行任务，成为人们颇为关心的一个问题。两轮自平衡机器人概念就是在这样的背景下提出来的，这种机器人两轮共轴、独立驱动，车身重心倒置于车轮轴上方，通过运动保持平衡，可直立行走

2、。由于特殊的结构，其适应地形变化能力强，运动灵活，可以胜任一些复杂环境里的工作，具有结构简单、可控性强、成本低等优点。rti于自平衡机器人具有内在不稳定性和结构灵活性，国内外机器人爱好者设计了多种结构、外观各异的自平衡机器人，尝试采用各种控制策略使其达到自平衡控制。本项目的研究目的在于：1）针对两轮自平衡机器人在实际应用中存在的问题，应用最优控制及两轮差动等控制方法设计控制器，提出针对两轮自平衡机器人平衡和行进的新策略。从而降低成本，提高控制精度、可靠度以及集成度。2）在原有机器人的基础上，对其进行完善，使其更加实用化、美观化。仁2主要研究内容该课题的主

3、要研究内容包括自平衡轮式机器人硬件平台的搭建、自平衡算法、机器视觉、机器人自我保护措施等。1•3预期目标该课题要达到的冃标为：机器人能够不依靠外力，通过陀螺仪等传感器使小车能够自身平衡，并且在受到较小的外力情况下，机器人依然能够自行平衡，并且机器人要达到平衡速度快，运行稳定，能够自动避开障碍物，有自我保护措施°如果条件允许，我们还可以继续工作，让机器人可以无线控制，达到指定地点。2.课题主要研究技术的国内外发展现状与趋势，课题主要研究技术国内外专利授权情况2.1国内外发展现状与趋势国外发展现状与趋势双轮自平衡机器人的相关研究开始于二十世纪80年代，由日本

4、东京电信大学自动化系的山藤一雄教授提出了类似的设计思想，在1987年就申请了技术专利，并于1996年在日本通过了专利申请。1995年美国著名发明家迪安•卡开始研伟IJSegway,直至2001年12月，这项高度保密的新发明才公布出来，2003年3月正式在于美国市场上市。Segway独特的动态稳定技术与人体的平衡能力相近，五个便宜的阿态陀螺仪、倾斜传感器、高速微处理器和电动机每秒100次检测车体姿态，测出驾驶者的重心，瞬间完成计算，以每秒20000次的频率进行细微调整，不管什么状态和地形都能自动保持平衡。冃前，Segway共拥有三个主要产品系列IIT、XT

5、与GT,但其中最早登场的SegwayHT又依照需求差异，还更细分为多种尺码、输出与用途不同的系列。2002年瑞士联邦学院的AldoD^rrjgo等人也研究了类似于Segway的一种无线控制的双轮移动机器人,该机器人高65cm、重约12kg,最人速度可以达到1.5m/s,可以30度爬坡。机器人双轮同轴布置，分别有独立的电机驱动。机器人通过倾斜传感器和倾角传感器来检测机器人的本体的倾斜角度和机器人的倾斜角速度，每个电机上各有一个编码盘米检测电机的速度，并由此获得机器人的加速度和惯性力。采用了状态反馈线性控制和极点配置方法，能实现平衡，不过不能自己倒地状态恢复

6、到直立。2003年美国SouthernMethodistUniversity的DavidP.Anderson独立设计的双轮移动机器人nBot,被评为NASA"s"CoolRobotoftheWeek”。该机器人体积较大，结构复杂。其主要设计思想是:驱动轮子朝机器人上部分倾斜的方向前进，并使之保持在重心位置之下，机器人可以保持平衡。机器人采用两种传感器刚予反馈控制，倾角传感器米测量重心的倾斜程度，每个轮子上各安装有编码计米获得机器人的位置信息。该机器人采用了模糊控制方法，能够实现平衡，不过不能自己倒地状态恢复到直立。西澳大利II人学也于2003年设计了一个

7、臼平衡两轮小车用于研究基于卡尔漫滤波器的传感器信息融合，其采用了LQR控制和极点配置来实现小车的平衡控制。在于2004年左右，日本开始对于叙轮自平衡机器人进行了商业性的研究，起初的设计跟美国的Segway的造型著不多，不过在T2005年就有了自己的新•商品SegwayPMP—2,其的外部造弛和人部分零件做了很大的修改，不过大多数专家认为这些变革使得Segway的商品性能变差，能实现平衡，不过也是不能自己倒地状态恢复直立。此后，国外很多机器人爱好者也开始了对于双轮自平衡机器人的研究，并把自己研究的成果在于网上公布，因此，网络上山现了很多的类似的机器人，例如

8、，乐高自平衡机器人、自平衡滑行车等都实现了平衡控制。国内发展现状与趋势国内对于双