一種自平衡雙輪移動機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、雙輪自平衡移動機器人的概念是20世紀90年代提出來的，屬于輪式機器人的范疇。由于其結(jié)構(gòu)簡單、運動靈活、適合在狹小和危險的空間內(nèi)工作，在民用、軍用、航天上有著廣泛的應(yīng)用前景[1]。 雙輪自平衡移動機器人的自平衡原理來自于對倒立擺的控制，倒立擺系統(tǒng)是非線性、強耦合、多變量和自然不穩(wěn)定的系統(tǒng)[2]，是檢驗各種控制理論的理想模型，是國內(nèi)外學者研究的熱點。本文在北京郵電大學自動化學院研制的第一代自平衡雙輪移動機器人的研究基礎(chǔ)上，對其進行了

2、控制系統(tǒng)上的改進。它最初的自平衡是靠車體的重心在電機軸線之下、輪子上安裝球形外殼這種機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，當用遙控器控制它運動時，存在車體擺動的缺點。升級后的控制系統(tǒng)中，用陀螺儀實時檢測車體當前的姿態(tài)，通過控制算法實現(xiàn)其白平衡。這種控制系統(tǒng)并成功應(yīng)用在機械結(jié)構(gòu)重新設(shè)計的第二代自平衡移動機器人上。具體所作的工作如下： 1)建立雙輪自平衡移動機器人的簡化模型，進行運動學和動力學分析，為控制策略和算法研究奠定基礎(chǔ)。 2)加入檢測車

3、體姿態(tài)的陀螺儀，在主控制器、傳感器、電機驅(qū)動器之間以CAN總線連接，使用Canopen通訊協(xié)議，通過控制算法實現(xiàn)第一代雙輪移動機器人的自平衡，達到了載人行駛的控制目標。 3)通過對幾種常用的控制算法的比較和分析，提出合理的控制算法，并用ADAMS和MATLAB對第二代自平衡移動機器人系統(tǒng)進行聯(lián)合控制仿真驗證。 4)在第二代自平衡移動機器人內(nèi)建立硬件控制系統(tǒng)，完成陀螺儀檢測信息處理、液晶顯示、車把轉(zhuǎn)向、雙繞組無刷直流電機控