共享單車作為一種新興的交通出行方式,促進了城市交通運行的高效微循環(huán),對緩解城市車輛擁堵成效顯著,但由于其功能技術(shù)限制,在一定程度上增加了管理難度。為進一步提升共享單車的性能并改進其現(xiàn)有缺陷,本文基于陀螺效應倒立擺及其自行車平衡系統(tǒng),利用陀螺儀裝置的進動效應,設計自行車平衡控制系統(tǒng),使自行車在無人靜、動狀態(tài)下穩(wěn)定站立,并具有很強的抗干擾能力;結(jié)合圖像識別、定位與無線控制等技術(shù),實現(xiàn)共享單車無人駕駛和智能存取。主要研究內(nèi)容如下:（1）根據(jù)自行車的結(jié)構(gòu)特征與陀螺儀的平衡原理及運動學分析,借助于慣性力矩與陀螺儀的進動效應,構(gòu)建出兩種自行車平衡系統(tǒng),運用拉格朗日方程和歐拉方程建立了相應的數(shù)學模型,分別計算出兩種平衡系統(tǒng)的動力學方程,確定了各自平衡控制系統(tǒng)的基礎控制方程和控制變量,分析比較了自行車兩種平衡系統(tǒng)的優(yōu)缺點,為自行車平衡系統(tǒng)的實際模型研制奠定了良好的理論基礎。（2）采用auto CAD、SolidWorks軟件與3D打印技術(shù),研制出了兩種平衡自行車的完整模型及其控制系統(tǒng),分別設計了這兩種平衡自行車的整體結(jié)構(gòu)、平衡控制器、動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng),最終完成平衡自行... 

【文章來源】：陜西科技大學陜西省

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 前言
    1.1 研究背景及意義
    1.2 倒立擺國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外平衡自行車控制系統(tǒng)的研究發(fā)展
        1.2.2 國內(nèi)平衡自行車控制系統(tǒng)的研究發(fā)展
        1.2.3 未來平衡自行車控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及課題研究的意義
    1.3 研究的主要內(nèi)容
2 平衡自行車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計
    2.1 慣性原理的平衡自行車設計
        2.1.1 平衡原理
        2.1.2 設計方案
        2.1.3 平衡原理分析
        2.1.4 動力學分析
    2.2 陀螺儀原理的平衡自行車設計
        2.2.1 陀螺轉(zhuǎn)子的動量矩
        2.2.2 陀螺儀的進動性
        2.2.3 結(jié)構(gòu)設計
        2.2.4 平衡原理分析
        2.2.5 動力學分析
    2.3 不同原理平衡自行車對比分析
        2.3.1 平衡原理對比
        2.3.2 車體結(jié)構(gòu)對比
        2.3.3 平衡方程對比
    2.4 本章小結(jié)
3 平衡自行車控制系統(tǒng)的設計
    3.1 概述
    3.2 控制系統(tǒng)的仿真
    3.3 平衡控制系統(tǒng)設計
        3.3.1 系統(tǒng)總體設計
        3.3.2 系統(tǒng)各模塊主要功能
        3.3.3 系統(tǒng)的主要特點
    3.4 控制系統(tǒng)選型
        3.4.1 控制器選型
        3.4.2 裝置傳感器選型
        3.4.3 電機驅(qū)動、舵機及電池選型
    3.5 控制器的研制
        3.5.1 整體電路設計
        3.5.2 單片機最小系統(tǒng)設計
        3.5.3 電機驅(qū)動模塊的電路設計
        3.5.4 電源模塊電路的設計
        3.5.5 MPU-6050模塊電路設計
        3.5.6 總體電路PCB接線圖及實物模型
    3.6 控制系統(tǒng)軟件設計
        3.6.1 主要程序設計
        3.6.2 控制運算程序設計
        3.6.3 電機控制程序設計
        3.6.4 MPU-6050控制程序設計
    3.7 控制程序的實現(xiàn)
    3.8 本章小結(jié)
4 平衡自行車模型搭建
    4.1 陀螺儀原理平衡自行車的設計
        4.1.1 車體零件選型
        4.1.2 模型結(jié)構(gòu)設計
    4.2 車體質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量的測量及分析
        4.2.1 車體各零件質(zhì)量尺寸測量
        4.2.2 車體轉(zhuǎn)動慣量分析
    4.3 車體模型的搭建及實驗
    4.4 慣性原理平衡自行車模型搭建
    4.5 平衡自行車控制系統(tǒng)的調(diào)試
        4.5.1 硬件調(diào)試
        4.5.2 軟件調(diào)試
        4.5.3 PID調(diào)試
    4.6 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
致謝
參考文獻
附錄Ⅰ
攻讀學位期間發(fā)表的學生論文


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于模糊控制的旋轉(zhuǎn)倒立擺穩(wěn)定性仿真研究[J]. 趙博,李嘉波,李忠玉,葉敏,徐信芯.  機床與液壓. 2020(07)
[2]單車自動存取裝置[J]. 包新宇,朱冬梅,李響,章海濤.  廣東化工. 2020(02)
[3]廣義公共自行車在中國城市交通體系中的作用[J]. 湯諹,劉魏巍,何祎豪,楊飛,葉天洲.  綜合運輸. 2020(01)
[4]基于Modbus雙層網(wǎng)絡的智能交通系統(tǒng)設計[J]. 謝璐陽,趙奉奎,朱少華,夏兆君.  智能計算機與應用. 2019(06)
[5]中國人工智能學會舉辦2019中國人工智能產(chǎn)業(yè)年會[J]. 甄灝.  中國社會組織. 2019(24)
[6]從智能交通走向智慧交通[J]. 楊東援.  交通與港航. 2019(06)
[7]共享單車綠色使用行為與意愿的影響因素研究[J]. 邵鵬,王齊,趙超.  干旱區(qū)資源與環(huán)境. 2020(03)
[8]我國交通運輸?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究[J]. 王惠,張震,劉金鐸.  國際公關(guān). 2019(12)
[9]六軸陀螺儀實時姿態(tài)采集與發(fā)送系統(tǒng)設計[J]. 張友俊,楊希.  信息技術(shù). 2019(12)
[10]無人駕駛快速公交車輛仿真分析[J]. 潘亞嘉,聶哲俊,李鋒,曾善文.  機械設計與制造. 2019(12)

碩士論文
[1]基于分布式的共享單車定位算法的研究[D]. 張健.南京郵電大學 2019
[2]機器人騎自行車系統(tǒng)設計及控制研究[D]. 童璐.哈爾濱理工大學 2018
[3]非同軸兩輪自平衡移動機器人的平穩(wěn)性研究[D]. 邱金鳳.武漢理工大學 2018
[4]基于慣性輪式自行車型機器人的研究與實現(xiàn)[D]. 劉飛鵬.上海應用技術(shù)大學 2016



本文編號：3185659