兩輪自平衡機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、兩輪自平衡機(jī)器人是一種新型的移動機(jī)器人，它結(jié)合了移動輪式機(jī)器人和倒立擺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，是一個自然不穩(wěn)定、強(qiáng)耦合、非線性系統(tǒng)。兩輪自平衡機(jī)器人可以作為一個檢驗控制理論良好的實驗平臺，同時也因為運(yùn)動靈活等優(yōu)點(diǎn)具有很高的實用價值，尤其是作為個人交通工具，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br>　　本文首先設(shè)計了一款自平衡機(jī)器人。使用陀螺儀和加速度計作為姿態(tài)測量傳感器不斷測量車身的的姿態(tài)信息，通過A/D轉(zhuǎn)換這些模擬信息傳送給作為控制核心的AVR單片機(jī)，經(jīng)過數(shù)據(jù)

2、處理后，AVR通過H橋電路將控制信號以PWM方式去驅(qū)動直流電機(jī)的，達(dá)到調(diào)節(jié)車身姿態(tài)的目的。
　　在設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過牛頓力學(xué)對這個系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，得到系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程。通過這個建模的過程，可以看出這個系統(tǒng)是一個不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng)，也為后面的控制理論分析打下基礎(chǔ)。
　　對該系統(tǒng)姿態(tài)的測量將直接影響自平衡控制算法的效果。本文提出了基于卡爾曼濾波的傳感器數(shù)據(jù)融合方法，彌補(bǔ)了加速度計和陀螺儀各自在傾角測量時的不足。通過建立一個實