雙輪自平衡機(jī)器人控制方法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、雙輪自平衡機(jī)器人屬于輪式機(jī)器人的范疇，它結(jié)合了自主移動(dòng)的思想，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，適于在狹小和危險(xiǎn)的空間內(nèi)工作，有著廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí)由于其不穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)特性，使得雙輪自平衡機(jī)器人成為驗(yàn)證各種控制算法的理想平臺(tái)，具有重要的理論意義。本文主要對雙輪自平衡機(jī)器人控制方法進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)，特別是在控制策略研究、濾波器設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　首先，本文在總結(jié)和歸納國內(nèi)外雙輪自平衡機(jī)器人

2、的研究現(xiàn)狀后，結(jié)合雙輪自平衡機(jī)器人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提出了雙輪自平衡機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，描述了雙輪自平衡機(jī)器人的動(dòng)態(tài)平衡原理和工作原理，設(shè)計(jì)了雙輪自平衡機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，并且構(gòu)建了雙輪自平衡機(jī)器人的硬件系統(tǒng)。
　　其次，在系統(tǒng)建模的假設(shè)條件基礎(chǔ)之上，采用拉格朗日動(dòng)力學(xué)方法，對雙輪自平衡機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器和基于軟件編碼的兩閉環(huán) PID算法的自平衡控制器，以此來實(shí)

3、現(xiàn)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)自平衡控制。
　　接著，對加速度計(jì)和陀螺儀傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)了基于陀螺儀和加速度計(jì)的雙輪自平衡機(jī)器人姿態(tài)檢測系統(tǒng)，并分別基于卡爾曼濾波算法和互補(bǔ)濾波算法對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并對兩種濾波算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)比較。最終選擇卡爾曼濾波算法作為系統(tǒng)的濾波器。
　　最后，基于AVR Studio和GCCAVR(WinAVR)聯(lián)合集成開發(fā)環(huán)境，利用嵌入式C語言詳細(xì)設(shè)計(jì)了機(jī)器人各功能模塊，編寫了相應(yīng)代碼，進(jìn)行了軟件調(diào)試。同