兩輪自平衡載具的設(shè)計.pdf

1、兩輪自平衡載具具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的前景，已成為機器人研究領(lǐng)域中的熱點。在對國內(nèi)外兩輪自平衡載具的研究成果進(jìn)行總結(jié)和歸納的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種兩輪自平衡載具。該載具的兩側(cè)各裝有一個直流無刷輪轂電機，使用者可以站立在載具的腳踏板上，通過改變身體重心來操作載具前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向。
　　所設(shè)計的載具包括機械和電路兩部分。在設(shè)計載具的電路時秉持模塊化的思想，將該電路分為主控制電路和電機驅(qū)動電路，兩者均采用Cortex-M內(nèi)核的處理器。主控

2、制電路測量載具的運行姿態(tài)后，根據(jù)控制算法計算出電機所需的輸出轉(zhuǎn)矩，再將指令發(fā)送到電機驅(qū)動電路，控制無刷電機轉(zhuǎn)動。給出了電機驅(qū)動器的測試波形，證明該驅(qū)動器能實現(xiàn)電子換向和閉環(huán)調(diào)速。在設(shè)計載具的機械本體時，從安全、舒適和簡單的角度出發(fā)，討論了載具的搭乘和操作方案，接著給出了載具的設(shè)計圖及裝配圖。
　　使用陀螺儀和加速度計測量載具的運行姿態(tài)。因為陀螺儀存在漂移問題，加速度計動態(tài)性能差，所以單獨使用其中任何一種傳感器都不能準(zhǔn)確測量載具的運

3、行姿態(tài)。為了滿足測量要求，同時使用陀螺儀和加速度計測量載具姿態(tài)，并提出了一種濾波和數(shù)據(jù)融合算法，以彌補兩者在測量載具姿態(tài)時的不足。通過搭建測試平臺并實驗，證明該算法能較準(zhǔn)確地擬合出載具的姿態(tài)。
　　針對載具的平衡和轉(zhuǎn)向問題，分別建立了數(shù)學(xué)模型并設(shè)計控制算法。一方面設(shè)計了一種參數(shù)自整定控制算法，可根據(jù)載具的俯仰姿態(tài)計算出兩側(cè)電機的共模調(diào)速指令，實現(xiàn)平衡控制。另一方面根據(jù)載具的偏航姿態(tài)，使用PID控制算法控制兩側(cè)電機的差模調(diào)速信號，實