兩輪自平衡機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、兩輪自平衡機(jī)器人是一種新型的移動(dòng)機(jī)器人，它結(jié)合了移動(dòng)輪式機(jī)器人和倒立擺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，是一個(gè)自然不穩(wěn)定、強(qiáng)耦合、非線性系統(tǒng)。兩輪自平衡機(jī)器人可以作為一個(gè)檢驗(yàn)控制理論良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)也因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)具有很高的實(shí)用價(jià)值，尤其是作為個(gè)人交通工具，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br>　　本文首先設(shè)計(jì)了一款自平衡機(jī)器人。使用陀螺儀和加速度計(jì)作為姿態(tài)測(cè)量傳感器不斷測(cè)量車身的的姿態(tài)信息，通過A/D轉(zhuǎn)換這些模擬信息傳送給作為控制核心的AVR單片機(jī)，經(jīng)過數(shù)據(jù)

2、處理后，AVR通過H橋電路將控制信號(hào)以PWM方式去驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的，達(dá)到調(diào)節(jié)車身姿態(tài)的目的。
　　在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過牛頓力學(xué)對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，得到系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程。通過這個(gè)建模的過程，可以看出這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng)，也為后面的控制理論分析打下基礎(chǔ)。
　　對(duì)該系統(tǒng)姿態(tài)的測(cè)量將直接影響自平衡控制算法的效果。本文提出了基于卡爾曼濾波的傳感器數(shù)據(jù)融合方法，彌補(bǔ)了加速度計(jì)和陀螺儀各自在傾角測(cè)量時(shí)的不足。通過建立一個(gè)實(shí)