基于无线遥控的两轮自平衡车设计.pdf

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1、基于无线遥控的两轮自平衡车设计张轩，等倡基于无线遥控的两轮自平衡车设计张轩，王富奎，赵如凡，孙昊（重庆邮电大学自动化学院重庆，４０００６５）摘要：提出了一种无线遥控两轮自平衡小车的设计方案，采用陀螺仪和加速度计测量小车的倾斜角度和加速度，通过卡尔曼滤波算法融合出角度，ＰＩＤ对步进电机进行控制。遥控器利用数字加速度计做传感器，实现重力遥感，对小车的方向和速度进行无线遥控。实验结果表明，该设计方案能够使小车保持直立，稳定前进后退，无线通信可靠，能实时控制小车的运动形式，并且有一定的抗干扰能力，是检验各种控制方法

2、的典型装置。关键词：两轮自平衡车；Ｋ６０；无线遥控；重力感应；卡尔曼滤波中图分类号：ＴＰ２７３畅５文献标识码：ＡＤＯＩ编码：１０．１４０１６／ｊ．ｃｎｋｉ．１００１－９２２７．２０１６．０３．０７８Abstract：Ｔｈｉｓｃｈａｐｔｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｗｏｗｈｅｅｌｅｄｓｅｌｆ－ｂａｌａｎｃｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅＴｈｅａｎｇｌｅａｎｄｔｈｅａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｒｉｓｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｇｙｒｏａｎｄａｃｃｅ

3、ｌｅｒｏｍｅｔｅｒ．ＴｈｅｎｗｅｇｅｔｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄａｎｇｌｅｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＣａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｂｙＰＩＤ．Ｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｔｏａｃｈｉｅｖｅｇｒａｖｉｔｙｓｅｎｓｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｄｉｇｉｔａｌａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎｃａｎｍａｋｅｔｈｅｃａｒｕｐｒｉｇｈｔｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ，ｆｏｒｗａｒｄａｎｄｂａｃｋｗａｒｄｓｔａｂｌｙ，ｒ

4、ｅｌｉａｂｌｅｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｔｃａｎｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｃａｒ’ｓｍｏｖｅｍｅｎｔ．Ａｎｄｔｈｅｒｅｉｓａｃｅｒｔａｉｎａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｔｉｓａｔｙｐｉｃａｌｄｅｖｉｃｅｆｏｒｔｅｓｔｉｎｇｖａｒｉｏｕｓｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓ．Keywords：Ｔｗｏｗｈｅｅｌｅｄｓｅｌｆ－ｂａｌａｎｃｉｎｇｃａｒ；Ｋ６０；Ｗｉｒｅｌｅｓｓｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌ；Ｇｒａｖｉｔｙｓｅｎｓｉｎｇ；Ｃａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒ０引言机器人的研究与发展的脚步

5、自前几年来越发加快，在多个领域中都可见其身影，但随之而来的是其环境的适应性要求越来越高，控制任务的复杂度也在逐步攀升。例如，当遇到一些狭窄的通道或是弯道转角过大的环境时，就需要机器人作出比较复杂的反应动作，这样一来，如何在较短的时间内作出这些数据处理和控制任务，就成为了当前研究与发展的重点。两轮自平衡车概念的提出恰恰迎合了当前研究的重点方向，为解决这样的复杂环境的机器人运动提供了良好的解决图１两轮自平衡系统的示意图方案，加上无线遥控技术，能远距离控制两轮机器人的行动，将会在军用和民用领域有着广泛的应用前景。

6、１直立车控制原理两轮直立自平衡车的运作原理是建立在一种被称为“动态稳定”的基本原理上也就是车辆本身的自动平衡能力即利用传感器检测车体状态反馈数据给中央控制器，再由中央控制器根据算法给出对车体状态的运动指令然后由电机驱动模块驱动电机保持车体直立。此处将小车的直立运动拆分成三图２简化后的示意图个基本部分分别进行控制。系统中，自平衡车的车轮及与之同轴的电机处于车体的（１）控制车模平衡：通过控制车模电机正反转保持车模轴线部分附近，并且，电机和电机的控制系统均独立于平衡车直立平衡状态；（２）控制车模速度：通过调节车模

7、倾角来实现车模速度的主体部分，受车体振动的影响较小，所以这部分可统一为一个整体，质量看做车轮质量M，车轮材质为塑料橡胶复合体，控制，实际上最后还是演变成了控制电机转速实现车轮速度控制；且其质量较小，这一部分转动惯量可以忽略不计；自平衡车的（３）控制车模方向：通过控制两个电机之间的转动差速单片机，供电模块，电机驱动以及惯性传感器稳固在车体上，实现车模转向控制。可将其视为均质体，质量为m。此时，忽略地面摩擦和风力对其平衡的影响，可以将水平和垂直运动方程写作式（１）、式２直立车数学模型（２）、式（３）、式（４）：

8、两轮直立自平衡车的直立条件模型可以近似地用一级倒Ibθ＝fylsinθ－Fxlcosθ（１）２立摆的模型表示，图１为两轮自平衡系统的示意图，图２为简md（x＋lsinθ）＝F（２）２x［３］２t化后的示意图。可按照倒立摆系统进行建模。２dxM２＝u－Fx（３）２t２d收稿日期：２０１５－１２－２０m２lcosθ＝Fy－mg（４）倡基金项目：枟关于公布２０１４年国家级大学生创新创业训练计划项目名２t单的通知枠（教高