自平衡獨輪機器人控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、獨輪自平衡機器人是典型的非線性、欠驅(qū)動系統(tǒng)。因為它與地面接觸點數(shù)目降到最小,其建模和運動控制問題是控制科學(xué)及機器大學(xué)研究的重要問題。
　　 基于以上背景,本文設(shè)計了具有豎直飛輪和下行走輪的自平衡獨輪機器人系統(tǒng),建立其動力學(xué)模型;研究其運動平衡控制問題,主要完成了以下工作:
　　 (1)獨輪自平衡機器人的動力學(xué)建模
　　 本文通過對獨輪機器人系統(tǒng)的動力學(xué)分析,利用勞斯方程建立獨輪機器人系統(tǒng)動力學(xué)模型,并利用仿真實驗

2、證明所得模型的正確性。
　　 (2)獨輪自平衡機器人硬件設(shè)計
　　 本文設(shè)計了一種獨輪自平衡機器人系統(tǒng),其最重要的結(jié)構(gòu)特性是豎直慣性飛輪和下行走輪相互配合:豎直慣性飛輪調(diào)節(jié)橫滾自由度平衡;行走輪調(diào)節(jié)俯仰自由度平衡。此結(jié)構(gòu)模擬了人類騎獨輪車的特性。設(shè)計了以DSPTMS320F2812為核心,輔以狀態(tài)感知傳感器:編碼器、捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)、無線傳輸模塊等;輔以電機伺服系統(tǒng),負責(zé)控制雙輪電機完成指定運動;并輔以各種人機接口。負責(zé)監(jiān)測

3、、獲取信息,決策和下達運動控制指令。
　　 (3)獨輪自平衡機器人軟件系統(tǒng)
　　 本文的軟件設(shè)計主要包含兩部分,一部分是DSP底層軟件的實現(xiàn),一部分是基于PC的無線測試與控制平臺。主要完成了DSP對傳感器信號的采集與處理、控制算法的運算以及控制量(PWM)和方向信號的輸出、通過無線模塊與PC間的數(shù)據(jù)和指令通信。
　　 (4)設(shè)計模糊控制算法
　　 運用已經(jīng)建立的該系統(tǒng)的二維動力學(xué)模型,設(shè)計基于融合函數(shù)的模

4、糊控制器,實現(xiàn)了系統(tǒng)的運動平衡控制。該方法降低了控制器的模糊規(guī)則數(shù),提高了系統(tǒng)的控制品質(zhì)。
　　 (5)設(shè)計了上位機檢測平臺
　　 在PC機用VC編制檢測界面,通過無線通信模塊實現(xiàn)兩方面的作用,一方面是在系統(tǒng)檢測過程中,獲取系統(tǒng)狀態(tài)的數(shù)據(jù),能實時傳送系統(tǒng)運行中的各種數(shù)據(jù)給PC,以及控制電壓參數(shù),然后對系統(tǒng)進行分析:另一方面,系統(tǒng)在運行過程中,要接收外界發(fā)送給它的指令,按照指令執(zhí)行相應(yīng)的動作。
　　 該模型在一定程