基于视觉导航两轮平衡车的设计毕业设计论文

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1、机械工程学院毕业设计（论文）题目：基于视觉导航两轮平衡车的设计专业：机械电子工程基于视觉导航两轮平衡车的设计摘要：本论文旨在研制一种单轴双轮平衡车并实现视觉导航辅助驾驶。该系统的研究分为两部分，第一部分就是通过姿态传感器和姿态算法，补偿陀螺仪漂移误差和加速度计动态噪声误差得到系统角度角速度以达到平衡直立的目的；第二部分就是关于机器视觉的研究和视觉导航和辅助驾驶。第一部分：双轮平衡车实现原理就是通过系统的姿态传感器（陀螺仪和加速度计）监测车体当前的俯仰状态和俯仰变化率状态（即为角度和角度度），由MCU计算处理驱动电动机向前或者向后的加速度实现车体平衡的效果。对于姿态监测，单独使用角速度传感

2、器（陀螺仪）或者加速度传感器都是不能提供有效的信息保持车体直立，本论文基于互补滤波通过角速度传感器和加速度传感器进行角度融合，补偿陀螺仪漂移和加速度传感器动态噪声，估计最优俯仰状态。对于车体的直立控制、速度控制和方向控制，我们都要求准确性、稳定性、强劲性等特点，应用最普遍的就是PID算法。本论文通过车体当前运行状态下的直立偏差、速度偏差、方向偏差的比例、积分和微分（即为PID调节器），配合控制理论线性系统叠加原理最终对车体的左右电机进行控制。第二部分：本论文通过CMOS摄像头采集路况实时信息，并对实时路况信息进行运算处理，识别出道路元素最终以车体转向的方式达到视觉导航。关键字：平衡车陀螺

3、仪加速度计互补滤波PIDCMOS目录一、绪论：41.1研究背景：41.2研究意义：41.3现状分析：41.3.1国外现状：41.3.2国内现状：61.4本论文研究的内容：8二、整体方案设计：82.1整体概述：92.2硬件设计：102.2.1电源设计：102.2.2复位电路设计：112.2.3MCU电源设计：122.2.4调试接口JTAG电路设计：132.2.5电机驱动模块电路设计：142.2.6陀螺仪加速度计电路设计：172.2.7CMOS摄像头电路设计：202.3软件设计：222.3.1MCU需要使用的资源配置：222.3.2PWM（PulseWidthModulation）输出模块：

4、232.3.3陀螺仪加速度计采集模块：252.3.4周期中断定时器模块：272.3.5互补滤波算法及平衡控制模块：282.3.6速度采集及速度控制模块：392.3.7CMOS摄像头采集处理算法及转向模块：492.4人机接口及调试接口调试软件设计：54三、总结与致谢：58参考文献59一、绪论：随着国民生活质量的提高、国内高新技术的发展，特别是嵌入式技术和机器人技术的发展，人民迫切希望更加智能更加方便的交通工具得到发明。为此，本论文研究一种单轴双轮平衡代步车以及视觉导航技术实现辅助驾驶。1.1研究背景：近年来，国内机器人技术空前发展，机器人应用的领域也在不断扩大，当然机器人所面临的环境和所需

5、要执行的任务也是越来越复杂。特别是在一些危险地带或者空间狭小人类无法触及的地方，机器人是一个很好的选择。无论是因为何种目的而设计的机器人都是朝着人民生活水平不对安提高的层次进行，为此一种两轮平衡代步车的概念被提出。1.2研究意义：两轮代步车是一个多变量、非线性的复杂不稳定系统。其运动环境复杂、运动学方程非完整约束，控制任务具有一定的复杂性。但是双轮代步车具有结构简单、运动灵活、适合在小空间内运动等特点，具有一定的应用前景。为了让代步车朝着智能化发展，迫切需求其可以辅助驾驶，甚至自动驾驶，为此我们需要研究机器视觉及图像处理方面的理论。1.3现状分析：1.3.1国外现状：2002年，没过Le

6、go公司设计了Legway。引入了电机差动驱动，可以再斜面或者不规则表边上运动。可以遥控操作，通过对电机的遥控可以再运动的时候保持平衡并可以实现原地转弯。2007年，日本早稻田大学研制出了NXTway。2002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。该电动车精心设计了机械机构并通过检测车体的角度和角速度，通过CPU处理运算控制电机前后加速运动的回复力保持车体平衡。Segway使用的是航空级陀螺仪、一组倾斜传感器、一套复杂的“直觉软件”、一个加速度计、十个微处理器、两个镍氢电池组、一台电动机和每秒检测一百多次驾驶者重心的传感器。Scgway共有五个陀螺仪传感器，其

7、中三个来检测前、后和左右方向的倾斜，另外两个传感器作为冗余，以增加安全性。传感器收集的信息被传送到主控芯片，它由两个电子控制器电路板构成。电路板包括一个微处理器的集群(德州仪器的DSP芯片)。这种集群的运算效率是普通PC的三倍，以保证车身能得到及时而高度精确的微调来防止倾倒。如果一个电路板出了毛病，另一个会立即接管所有的功能，以便让驾驶者能够安全地停下。在最高层次，主控芯片运行“直觉软件”控制Segway，软件会实时分析所有信息，调