基于STM32的雙輪機(jī)器人控制系統(tǒng)研究與設(shè)計.pdf

1、自美國發(fā)明家Dean Kamen于1995年發(fā)明設(shè)計了第一臺平衡機(jī)器人Segway以來，平衡機(jī)器人便受到人們極大的關(guān)注。它的特點(diǎn)是兩個車輪共軸，可差動運(yùn)動，依照倒立擺原理達(dá)到動態(tài)平衡。但是平衡車發(fā)展到現(xiàn)在，它的應(yīng)用領(lǐng)域僅限于交通領(lǐng)域，而且價格不菲。此外，由于平衡機(jī)器人是一個非線性、不穩(wěn)定的系統(tǒng)，處于平衡狀態(tài)時，需要不斷調(diào)整車輪的扭矩，這樣系統(tǒng)就會處于耗電狀態(tài)，一旦電量不足就會失去平衡。因此，如何使平衡機(jī)器人在功能豐富的同時降低成本，以及

2、如何節(jié)約寶貴的電池電量成為了本文重點(diǎn)研究的課題。為此，本文提出了基于STM32的雙輪機(jī)器人，對控制系統(tǒng)重新設(shè)計，它的特點(diǎn)是在不需要工作的時候，可遙控關(guān)閉系統(tǒng)，使系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能的目的。需要工作的時候可遙控啟動系統(tǒng)，平衡機(jī)器人可借助機(jī)械臂自動恢復(fù)平衡。在功能擴(kuò)展方面，增加了LCD顯示，并將開源實(shí)時操作系統(tǒng)μCOS-Ⅱ應(yīng)用到了平衡機(jī)器人中，為今后其它功能擴(kuò)展留有了很大的余地。成本控制方面，選用了性價比較高的元器件，滿足平衡機(jī)器人的

3、性能的同時達(dá)到成本低廉的目的。
　　 本研究主要內(nèi)容包括：⑴使用四個舵機(jī)，將其中兩個舵機(jī)改造成伺服電機(jī)驅(qū)動平衡機(jī)器人的兩個車輪，另外兩個舵機(jī)用于控制機(jī)械臂，恢復(fù)機(jī)器人的平衡。四個舵機(jī)統(tǒng)一受舵機(jī)控制器控制；⑵設(shè)計了編碼器，滿足性能的基礎(chǔ)上，最大限度上節(jié)約了成本；⑶選用了性價比較高的加速計、陀螺儀、遙控收發(fā)器、LCD顯示屏、舵機(jī)、舵機(jī)控制與微控制器，針對上述元器件分別繪制了原理圖與PCB。搭建出平衡機(jī)器人的整個電路；⑷為防止陀螺儀與

4、加速計的信號在傳輸過程中受外界干擾，根據(jù)Kalman濾波的理論，編寫了相應(yīng)的代碼進(jìn)行濾波，并求出兩者間角速度的最優(yōu)值；⑸為了獲得理想的平衡控制效果，根據(jù)PID調(diào)節(jié)器的原理，編寫了PID調(diào)節(jié)的代碼；⑹成功將實(shí)時操作系統(tǒng)μCOS-Ⅱ移植到了STM32上，在此基礎(chǔ)之上設(shè)計并編寫了平衡機(jī)器人的任務(wù)與中斷服務(wù)程序的代碼。⑺將平衡機(jī)器人與上位機(jī)之間通過仿真器ULINK-Ⅱ相連接，利用ARM開發(fā)工具RealView MDK集成的Trace功能對平衡機(jī)