智能輪式機器人平臺軟硬件設計和系統(tǒng)控制.pdf

1、本文設計的智能輪式機器人以機械結(jié)構(gòu)和軟硬件的設計為主，智能輪式機器人是機器人研究領(lǐng)域中的一個分支方向，應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等各行各業(yè)，具有極高的研究價值。
　　在嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)上，設計并制作了智能輪式機器人平臺，通過上位機發(fā)送命令的形式進行遠程控制，該平臺實現(xiàn)了基本運動（前進、后退、轉(zhuǎn)向）、兩輪自平衡功能、調(diào)速和避障等功能，整個系統(tǒng)涉及機械結(jié)構(gòu)設計、電機驅(qū)動、傳感器電路設計及數(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)試等多個方面。
　　智能輪式機器人平臺搭建主要包括：控制系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)、硬件電路部分和軟件流程。機械結(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、電機驅(qū)動和電流檢測三方面論述，嵌入式軟件部分使用rt-thread操作系統(tǒng)進行編程。
　　本文重點研究并實現(xiàn)了三相直流電機的驅(qū)動算法、PID調(diào)速和兩輪自平衡算法。電機驅(qū)動算法將電機狀態(tài)分為一級和二級狀態(tài)，通過引入命令模式的形式和PID算法，實現(xiàn)了對電機

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，通過均值濾波+卡爾曼濾波+角度PD算法+速度PI算法，實現(xiàn)了輪式機器人在平衡狀態(tài)下的基本運動（前進、后退、轉(zhuǎn)向）、速度控制和方向控制。
　　經(jīng)過了大量模擬實驗，先初步確定了卡爾曼濾波參數(shù)，再通過實際實驗，確定了現(xiàn)有的各項控制參數(shù)，如：電機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，通過實驗分析，得出了電機驅(qū)動算法能有效減小換向電流的結(jié)論，并分析了兩輪自平衡