一種自平衡雙輪移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、雙輪自平衡移動(dòng)機(jī)器人的概念是20世紀(jì)90年代提出來(lái)的，屬于輪式機(jī)器人的范疇。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)靈活、適合在狹小和危險(xiǎn)的空間內(nèi)工作，在民用、軍用、航天上有著廣泛的應(yīng)用前景[1]。 雙輪自平衡移動(dòng)機(jī)器人的自平衡原理來(lái)自于對(duì)倒立擺的控制，倒立擺系統(tǒng)是非線性、強(qiáng)耦合、多變量和自然不穩(wěn)定的系統(tǒng)[2]，是檢驗(yàn)各種控制理論的理想模型，是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。本文在北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院研制的第一代自平衡雙輪移動(dòng)機(jī)器人的研究基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了

2、控制系統(tǒng)上的改進(jìn)。它最初的自平衡是靠車體的重心在電機(jī)軸線之下、輪子上安裝球形外殼這種機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)用遙控器控制它運(yùn)動(dòng)時(shí)，存在車體擺動(dòng)的缺點(diǎn)。升級(jí)后的控制系統(tǒng)中，用陀螺儀實(shí)時(shí)檢測(cè)車體當(dāng)前的姿態(tài)，通過(guò)控制算法實(shí)現(xiàn)其白平衡。這種控制系統(tǒng)并成功應(yīng)用在機(jī)械結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)的第二代自平衡移動(dòng)機(jī)器人上。具體所作的工作如下： 1)建立雙輪自平衡移動(dòng)機(jī)器人的簡(jiǎn)化模型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，為控制策略和算法研究奠定基礎(chǔ)。 2)加入檢測(cè)車

3、體姿態(tài)的陀螺儀，在主控制器、傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間以CAN總線連接，使用Canopen通訊協(xié)議，通過(guò)控制算法實(shí)現(xiàn)第一代雙輪移動(dòng)機(jī)器人的自平衡，達(dá)到了載人行駛的控制目標(biāo)。 3)通過(guò)對(duì)幾種常用的控制算法的比較和分析，提出合理的控制算法，并用ADAMS和MATLAB對(duì)第二代自平衡移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合控制仿真驗(yàn)證。 4)在第二代自平衡移動(dòng)機(jī)器人內(nèi)建立硬件控制系統(tǒng)，完成陀螺儀檢測(cè)信息處理、液晶顯示、車把轉(zhuǎn)向、雙繞組無(wú)刷直流電機(jī)控