智能輪式機(jī)器人平臺(tái)軟硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)控制.pdf

1、本文設(shè)計(jì)的智能輪式機(jī)器人以機(jī)械結(jié)構(gòu)和軟硬件的設(shè)計(jì)為主，智能輪式機(jī)器人是機(jī)器人研究領(lǐng)域中的一個(gè)分支方向，應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等各行各業(yè)，具有極高的研究?jī)r(jià)值。
　　在嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并制作了智能輪式機(jī)器人平臺(tái)，通過(guò)上位機(jī)發(fā)送命令的形式進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了基本運(yùn)動(dòng)（前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向）、兩輪自平衡功能、調(diào)速和避障等功能，整個(gè)系統(tǒng)涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、傳感器電路設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理、控制算法優(yōu)化、rt-thread操作系統(tǒng)

2、的使用、軟件調(diào)試等多個(gè)方面。
　　智能輪式機(jī)器人平臺(tái)搭建主要包括：控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件電路部分和軟件流程。機(jī)械結(jié)構(gòu)主要分為：普通模式和平衡模式，硬件電路部分主要從控制核心、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電流檢測(cè)三方面論述，嵌入式軟件部分使用rt-thread操作系統(tǒng)進(jìn)行編程。
　　本文重點(diǎn)研究并實(shí)現(xiàn)了三相直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)算法、PID調(diào)速和兩輪自平衡算法。電機(jī)驅(qū)動(dòng)算法將電機(jī)狀態(tài)分為一級(jí)和二級(jí)狀態(tài)，通過(guò)引入命令模式的形式和PID算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)

3、的控制；兩輪自平衡則在建立模型、分析傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)均值濾波+卡爾曼濾波+角度PD算法+速度PI算法，實(shí)現(xiàn)了輪式機(jī)器人在平衡狀態(tài)下的基本運(yùn)動(dòng)（前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向）、速度控制和方向控制。
　　經(jīng)過(guò)了大量模擬實(shí)驗(yàn)，先初步確定了卡爾曼濾波參數(shù)，再通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，確定了現(xiàn)有的各項(xiàng)控制參數(shù)，如：電機(jī)PID調(diào)速參數(shù)、自平衡角度PD算法參數(shù)和速度PI參數(shù)等。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，得出了電機(jī)驅(qū)動(dòng)算法能有效減小換向電流的結(jié)論，并分析了兩輪自平衡