在輪式機(jī)器人的領(lǐng)域內(nèi),兩輪自平衡小車是其中一個非常重要的分支,小型化、簡單化是它最主要的優(yōu)點(diǎn),一般工作在狹小和危險的空間內(nèi)。同時又是非線性、欠驅(qū)動、強(qiáng)耦合系統(tǒng),適合作為各種控制算法研究和驗(yàn)證的科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺。本論文主要對兩輪自平衡小車的控制方法進(jìn)行研究,同時還在濾波器設(shè)計、軟件實(shí)現(xiàn)方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先,采用牛頓力學(xué)方法對小車車輪、車身等進(jìn)行受力分析,建立小車系統(tǒng)的動力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型,對系統(tǒng)在平衡點(diǎn)附近作線性化處理,解耦為兩個子系統(tǒng),對系統(tǒng)的能控性、能觀性及穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。其次,在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種基于指數(shù)趨近律下的滑模變結(jié)構(gòu)控制器,仿真結(jié)果表明系統(tǒng)中會出現(xiàn)抖振現(xiàn)象。結(jié)合模糊控制的特點(diǎn),設(shè)計出自適應(yīng)模糊滑�？刂破�,利用模糊算法對滑模控制的切換增益項進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。仿真結(jié)果表明改進(jìn)后的控制器能很好的減小抖振。第三,對加速度計和陀螺儀測出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,然后將卡爾曼濾波算法和互補(bǔ)濾波算法對比分析,選擇卡爾曼濾波算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,可得更準(zhǔn)確的傾角等數(shù)據(jù)。最后,基于AVR Studio和GCCAVR聯(lián)合集成開發(fā)環(huán)境,設(shè)計出小車各功能模塊,搭建小車系統(tǒng)的實(shí)物平臺... 

【文章來源】：安徽工業(yè)大學(xué)安徽省

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

nBot機(jī)器人

平衡小車的概念自從被提出之后，被世界各國科學(xué)家所重視。內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外發(fā)展?fàn)顩r于國外的發(fā)展速度相對比較快，取得了一些不錯的成果，下面就是幾衡小車的例子：1）圖 1.1 所示的兩輪自平衡機(jī)器人 nBot[6]是由美國研究人員 rson 設(shè)計的兩輪移動機(jī)器人。處理器 TI 是 David P.Anderson 專門為設(shè)計的。它可以實(shí)現(xiàn)原地回轉(zhuǎn)，可以自主的避開障礙物，可以說 n平衡機(jī)器人中比較有代表性的研究成果。2）來自瑞士聯(lián)邦技術(shù)學(xué)院的研究人員設(shè)計出來一款名叫 JOE[7]的兩器人，這種機(jī)器人使用的是 DSP 技術(shù)，上面所搭的支架是研究人員駛?cè)藛T的，它的外觀圖如圖 1.2 所示。

圖 1.3 Segway 機(jī)器人 圖 1.4 Bender 機(jī)器人 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國在兩輪自平衡機(jī)器人領(lǐng)域內(nèi)研究也取得了不錯的成果：（1）固高科技 GBOTl001 機(jī)器人如圖 1.5 所示是由深圳固高科技有限公司研制的教學(xué)用自平衡小車伺服電機(jī)驅(qū)動，24V 鎳氫電池供電。運(yùn)動控制方面，采用嵌入式運(yùn)動制器基于 DSP 和 FPGA 技術(shù)。（2）Sway 機(jī)器人2005 年來自哈爾濱工程大學(xué)的尹亮制作的兩輪直立自平衡機(jī)器人6所示。機(jī)器人控制的核心模塊和人機(jī)交互下位機(jī)分別是兩塊C805WM 控制兩臺直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使用加速度計和紅外測距儀測量小采用超小型低功耗高速無線收發(fā)數(shù)據(jù) Modem 實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3405186