自從服務機器人的設想被提出以來,眾多學者和產(chǎn)業(yè)人員投身研究行列。載人平衡車作為服務機器人研究范疇的重要分支,其相關設計研究一直是熱門課題。此外,平衡車具有構(gòu)造簡潔、體積小巧輕便、適合穿梭于復雜空間環(huán)境的特點,操作簡便、趣味性高,因此受到人們的廣泛青睞。本文首先介紹了兩輪載人自平衡車的發(fā)展歷史、數(shù)學模型以及運行原理,對兩輪載人自平衡車進行了多參數(shù)系統(tǒng)建模。采用拉格朗日（Lagrange）法建立平衡車的動態(tài)模型,考慮廣義力與系統(tǒng)動能的關系,極大的簡化了系統(tǒng)的數(shù)學模型,同時也能更好的表征兩輪自平衡車這種非線性多參數(shù)組合的系統(tǒng)。在MATLAB/Simulink平臺上對兩輪自平衡車的動力學模型進行了仿真驗證。仿真結(jié)果表明,建立的數(shù)學模型可以有效的表征實際的平衡車運行狀態(tài)。其次,對現(xiàn)有的平衡車結(jié)構(gòu)及其控制方式進行了研究和總結(jié)。注意到傳統(tǒng)的平衡車是通過轉(zhuǎn)向把手或者轉(zhuǎn)向桿控制轉(zhuǎn)向的,雖然能夠?qū)崿F(xiàn)平衡車的靈活轉(zhuǎn)向,但是其機械結(jié)構(gòu)較為復雜,同時增加了車體的重量和體積。因此本文提出了基于壓力傳感器實現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能的設計方案,利用傳感器獲取左右踏板的壓力差值,通過歸一化處理后計算得到一定的占空比,將維持平衡和實現(xiàn)... 

【文章來源】：上海理工大學上海市

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 自平衡車國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 自平衡車國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析與總結(jié)
    1.3 論文研究的主要內(nèi)容
第二章 兩輪自平衡車系統(tǒng)建模
    2.1 Lagrange法兩輪自平衡車模型
        2.1.1 車體動能計算
        2.1.2 車輪動能計算
        2.1.3 兩輪自平衡車廣義力計算
        2.1.4 Lagrange動力學模型
    2.2 模型驗證
        2.2.1 模型線性化
        2.2.2 仿真驗證
第三章 兩輪自平衡車控制器設計
    3.1 系統(tǒng)特性分析
        3.1.1 最大車體傾角分析
        3.1.2 最大車體轉(zhuǎn)向速度分析
    3.2 自平衡車控制策略分析
        3.2.1 直線運行時系統(tǒng)的等效模型
        3.2.2 平衡控制策略
        3.2.3 速度控制策略
        3.2.4 電流控制策略
        3.2.5 轉(zhuǎn)向控制策略
    3.3 三閉環(huán)PID控制器設計
第四章 兩輪自平衡車原型設計
    4.1 系統(tǒng)設計原理分析
    4.2 系統(tǒng)硬件設計
        4.2.1 最小系統(tǒng)設計
        4.2.2 供電系統(tǒng)設計
        4.2.3 傾角姿態(tài)檢測系統(tǒng)設計
        4.2.4 壓力檢測系統(tǒng)設計
        4.2.5 電流采集系統(tǒng)設計
        4.2.6 藍牙通訊設計
    4.3 驅(qū)動電路開發(fā)
        4.3.1 無刷直流電機的工作原理
        4.3.2 霍爾傳感器
        4.3.3 三相全控橋電路驅(qū)動原理
    4.4 載人自平衡車機械結(jié)構(gòu)
    4.5 系統(tǒng)軟件設計
        4.5.1 系統(tǒng)軟件主架構(gòu)
        4.5.2 優(yōu)化的傾角計算方法
        4.5.3 人機交互APP
第五章 實驗結(jié)果與分析
    5.1 系統(tǒng)樣機與實驗環(huán)境
    5.2 平衡姿態(tài)測試
    5.3 傾角融合測試
總結(jié)與展望
參考文獻
在讀期間公開發(fā)表的論文和承擔科研項目及取得成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3424630