單輪機器人的控制器設(shè)計與側(cè)平衡實驗驗證.pdf

1、控制器是機器人系統(tǒng)中最核心的部件,不論是能夠完成單一、重復動作的工業(yè)機器人,還是可以實現(xiàn)自主判斷、運動,具有一定智能性的機器人,都少不了一個功能完善的控制器。隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,控制器對于機器人的技術(shù)水平的提高和應(yīng)用起到越來越重要的作用。
　　本文針對垂直轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式的獨輪機器人模型,根據(jù)平衡控制算法設(shè)計了具有偏角和偏角速度反饋的獨輪機器人控制器。按照功能劃分,將控制器劃分為狀態(tài)檢測單元、平衡控制單

2、元和電機控制單元。其中狀態(tài)反饋單元采用加速度計和陀螺儀這樣雙傳感器結(jié)構(gòu)對偏角和偏角速度進行檢測,提高了檢測精度,降低了漂移效應(yīng)的影響。平衡運動控制單元和電機控制單元選用高速的數(shù)字信號處理芯片,保證了控制器的運算能力和運算速度。為具有非線性、欠驅(qū)動、強耦合特點的平衡控制實現(xiàn)提供了硬件保障。另外,控制器還采用了 CAN總線通信方式實現(xiàn)運動控制器和電機控制器之間的通信。
　　側(cè)平衡作為獨輪機器人平衡控制和軌跡跟蹤實現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),具有欠驅(qū)

3、動的結(jié)構(gòu)特點,導致其平衡實現(xiàn)相對困難、魯棒性差。本文在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上對側(cè)平衡進行實驗驗證。在軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要編寫了對平衡效果影響較大的傳感器數(shù)據(jù)處理程序、電機控制程序和側(cè)平衡 PD控制程序。另外本文還編寫了 CAN通信程序,實現(xiàn)了控制器的通信,以及 UART串口通信程序,用于觀測數(shù)據(jù)、檢測程序問題和輔助實驗調(diào)試。在實驗調(diào)試過程中,先后實現(xiàn)了串口通信、電機控制、狀態(tài)檢測和CAN通信,并通過調(diào)節(jié)PD參數(shù)逐步實現(xiàn)獨輪機器人的側(cè)平衡控制。<