發(fā)布時(shí)間：2021-10-08 17:32

　　自從服務(wù)機(jī)器人的設(shè)想被提出以來(lái),眾多學(xué)者和產(chǎn)業(yè)人員投身研究行列。載人平衡車作為服務(wù)機(jī)器人研究范疇的重要分支,其相關(guān)設(shè)計(jì)研究一直是熱門課題。此外,平衡車具有構(gòu)造簡(jiǎn)潔、體積小巧輕便、適合穿梭于復(fù)雜空間環(huán)境的特點(diǎn),操作簡(jiǎn)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(xué)模型以及運(yùn)行原理,對(duì)兩輪載人自平衡車進(jìn)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(dòng)態(tài)模型,考慮廣義力與系統(tǒng)動(dòng)能的關(guān)系,極大的簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,同時(shí)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(tái)上對(duì)兩輪自平衡車的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明,建立的數(shù)學(xué)模型可以有效的表征實(shí)際的平衡車運(yùn)行狀態(tài)。其次,對(duì)現(xiàn)有的平衡車結(jié)構(gòu)及其控制方式進(jìn)行了研究和總結(jié)。注意到傳統(tǒng)的平衡車是通過(guò)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(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,同時(shí)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能的設(shè)計(jì)方案,利用傳感器獲取左右踏板的壓力差值,通過(guò)歸一化處理后計(jì)算得到一定的占空比,將維持平衡和實(shí)現(xiàn)... 

【文章來(lái)源】：上海理工大學(xué)上海市

【文章頁(yè)數(shù)】：64 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 自平衡車國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 自平衡車國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 國(guó)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(dòng)能計(jì)算
        2.1.2 車輪動(dòng)能計(jì)算
        2.1.3 兩輪自平衡車廣義力計(jì)算
        2.1.4 Lagrange動(dòng)力學(xué)模型
    2.2 模型驗(yàn)證
        2.2.1 模型線性化
        2.2.2 仿真驗(yàn)證
第三章 兩輪自平衡車控制器設(shè)計(jì)
    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(yùn)行時(shí)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(shè)計(jì)
第四章 兩輪自平衡車原型設(shè)計(jì)
    4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理分析
    4.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
        4.2.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        4.2.2 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        4.2.3 傾角姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        4.2.4 壓力檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        4.2.5 電流采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        4.2.6 藍(lán)牙通訊設(shè)計(jì)
    4.3 驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)發(fā)
        4.3.1 無(wú)刷直流電機(jī)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(dòng)原理
    4.4 載人自平衡車機(jī)械結(jié)構(gòu)
    4.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
        4.5.1 系統(tǒng)軟件主架構(gòu)
        4.5.2 優(yōu)化的傾角計(jì)算方法
        4.5.3 人機(jī)交互APP
第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    5.1 系統(tǒng)樣機(jī)與實(shí)驗(yàn)環(huán)境
    5.2 平衡姿態(tài)測(cè)試
    5.3 傾角融合測(cè)試
總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
在讀期間公開(kāi)發(fā)表的論文和承擔(dān)科研項(xiàng)目及取得成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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