兩輪自平衡倒立擺式機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制.pdf

1、兩輪自平衡倒立擺式機(jī)器人是一個(gè)本質(zhì)不穩(wěn)定系統(tǒng)，由于其自身的特性，可以用來(lái)研究各種控制算法。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、能量利用率高等特點(diǎn)，并且在很多領(lǐng)域代替人類(lèi)從事著危險(xiǎn)、復(fù)雜的勞動(dòng)，發(fā)揮著重要的作用。近些年來(lái)，由于其具有廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于BeagleBone Black開(kāi)發(fā)板的兩輪自平衡倒立擺式機(jī)器人。
　　機(jī)器人使用集成了加速度計(jì)和陀螺儀的姿態(tài)檢測(cè)模塊MPU6050檢測(cè)角度和角

2、速度，超聲波模塊HC-SR04測(cè)量機(jī)器人與障礙物之間的距離，光電編碼器測(cè)量車(chē)輪的轉(zhuǎn)速;BeagleBone Black開(kāi)發(fā)板通過(guò)卡爾曼濾波將得到的角度和角速度進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到比較準(zhǔn)確的角度，同時(shí)對(duì)測(cè)得的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到PWM值，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊TB6612驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的平衡以及避障功能。
　　本文又根據(jù)經(jīng)典的牛頓力學(xué)對(duì)系統(tǒng)建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)建立的模型設(shè)計(jì)雙閉環(huán)PID控制器，并對(duì)設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，為實(shí)物調(diào)試