雙輪自平衡機器人控制方法研究與實現(xiàn).pdf

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

2、的研究現(xiàn)狀后，結(jié)合雙輪自平衡機器人的設計經(jīng)驗提出了雙輪自平衡機器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，描述了雙輪自平衡機器人的動態(tài)平衡原理和工作原理，設計了雙輪自平衡機器人的機械結(jié)構(gòu)部分，并且構(gòu)建了雙輪自平衡機器人的硬件系統(tǒng)。
　　其次，在系統(tǒng)建模的假設條件基礎之上，采用拉格朗日動力學方法，對雙輪自平衡機器人進行了運動學和動力學分析，建立了系統(tǒng)的數(shù)學模型。并在此基礎上設計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

3、現(xiàn)機器人的動態(tài)自平衡控制。
　　接著，對加速度計和陀螺儀傳感器數(shù)據(jù)進行處理，設計了基于陀螺儀和加速度計的雙輪自平衡機器人姿態(tài)檢測系統(tǒng)，并分別基于卡爾曼濾波算法和互補濾波算法對傳感器數(shù)據(jù)進行融合，并對兩種濾波算法進行了實驗比較。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語言詳細設計了機器人各功能模塊，編寫了相應代碼，進行了軟件調(diào)試。同