單輪機(jī)器人的控制器設(shè)計(jì)與側(cè)平衡實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.pdf

1、控制器是機(jī)器人系統(tǒng)中最核心的部件,不論是能夠完成單一、重復(fù)動(dòng)作的工業(yè)機(jī)器人,還是可以實(shí)現(xiàn)自主判斷、運(yùn)動(dòng),具有一定智能性的機(jī)器人,都少不了一個(gè)功能完善的控制器。隨著計(jì)算機(jī)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(duì)于機(jī)器人的技術(shù)水平的提高和應(yīng)用起到越來(lái)越重要的作用。
　　本文針對(duì)垂直轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式的獨(dú)輪機(jī)器人模型,根據(jù)平衡控制算法設(shè)計(jì)了具有偏角和偏角速度反饋的獨(dú)輪機(jī)器人控制器。按照功能劃分,將控制器劃分為狀態(tài)檢測(cè)單元、平衡控制單

2、元和電機(jī)控制單元。其中狀態(tài)反饋單元采用加速度計(jì)和陀螺儀這樣雙傳感器結(jié)構(gòu)對(duì)偏角和偏角速度進(jìn)行檢測(cè),提高了檢測(cè)精度,降低了漂移效應(yīng)的影響。平衡運(yùn)動(dòng)控制單元和電機(jī)控制單元選用高速的數(shù)字信號(hào)處理芯片,保證了控制器的運(yùn)算能力和運(yùn)算速度。為具有非線性、欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合特點(diǎn)的平衡控制實(shí)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(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制器和電機(jī)控制器之間的通信。
　　側(cè)平衡作為獨(dú)輪機(jī)器人平衡控制和軌跡跟蹤實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),具有欠驅(qū)

3、動(dòng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),導(dǎo)致其平衡實(shí)現(xiàn)相對(duì)困難、魯棒性差。本文在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)側(cè)平衡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要編寫了對(duì)平衡效果影響較大的傳感器數(shù)據(jù)處理程序、電機(jī)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(shí)現(xiàn)了控制器的通信,以及 UART串口通信程序,用于觀測(cè)數(shù)據(jù)、檢測(cè)程序問題和輔助實(shí)驗(yàn)調(diào)試。在實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程中,先后實(shí)現(xiàn)了串口通信、電機(jī)控制、狀態(tài)檢測(cè)和CAN通信,并通過調(diào)節(jié)PD參數(shù)逐步實(shí)現(xiàn)獨(dú)輪機(jī)器人的側(cè)平衡控制。<