基于惯性轮式自行车型机器人的研究与实现

发布时间：2017-03-19 06:01

  本文关键词：基于惯性轮式自行车型机器人的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自行车型机器人因结构简单、运行高效、道路适应能力强等诸多突出优点,在理论研究和实践应用方面都具有重要意义。其中,自行车型机器人的直立控制,一直是该领域研究的重点和热点,直立控制是其技术研究的关键。目前,在自行车型机器人直立平衡控制方面的研究虽然有一定成果,但因平衡机构体积较大、重量较重、耗能较高等诸多不足而未能得到实际运用。本文成功研究出了一种通过K60芯片来控制惯性轮旋转进而维持平衡的直立控制系统,它因结构简单、体积小、耗能极低、重量轻等特点在以上各种平衡机构中极具优势,本文从惯性轮维持直立平衡的原理论证、硬件的选型搭建、多种软件控制策略的优劣对比和选定等几个方面做详细介绍,通过最后的整体调试运行,最终做出了一辆整体运行平稳、抗干扰能力强的惯性轮式自行车型机器人。
【关键词】：自行车型机器人 惯性轮 直立控制 K60控制 直立平衡
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 课题研究的目的及意义9-11
• 1.3 自行车型机器人的国内外研究现状11-12
• 1.4 独轮机器人的国内外研究现状12-18
• 1.4.1 轮子为椭球型的独轮机器人12-13
• 1.4.2 通过陀螺仪来调节平衡的独轮机器人13-17
• 1.4.3 我国目前对独轮机器人的研究成果17-18
• 1.5 本文在该领域的主要研究内容18-19
• 第2章 惯性轮式自行车型机器人的建模和平衡原理分析19-24
• 2.1 惯性轮式自行车型机器人的数学建模19-20
• 2.2 惯性轮式自行车型机器人的平衡原理分析20-24
• 第3章 惯性轮式自行车型机器人硬件结构的设计24-44
• 3.1 系统的整体设计方案24-25
• 3.2 系统的整体结构设计要求25-26
• 3.3 系统的硬件结构选型26-28
• 3.3.1 主控芯片的选型26-27
• 3.3.2 惯性轮驱动电机的选择27
• 3.3.3 惯性轮质量半径的选择27-28
• 3.4 系统硬件电路的设计28-44
• 3.4.1 K60最小系统的设计28-31
• 3.4.2 电机驱动模块的设计31-33
• 3.4.3 姿态信息采集模块33-37
• 3.4.4 通信模块的设计37-38
• 3.4.5 测速模块的设计38-41
• 3.4.6 电源模块的设计41-44
• 第4章 惯性轮式自行车型机器人控制软件的编写44-52
• 4.1 软件结构的整体设计44
• 4.2 姿态信息的数据融合算法44-46
• 4.2.1 姿态数据融合算法原理介绍44-45
• 4.2.2 姿态数据融合过程45-46
• 4.3 惯性轮驱动电机的控制算法46-52
• 4.3.1 PID控制算法原理及参数的预置和调整47-49
• 4.3.2 PID控制算法在惯性轮式直立控制系统中的应用49-52
• 第5章 自行车型机器人的整体调试、运行和性能分析52-59
• 5.1 数据融合算法中各个参数的调节52-53
• 5.2 PID控制算法中各个参数的调节53-56
• 5.3 PID控制算法在该系统直立控制方面的性能分析56-59
• 总结59-60
• 参考文献60-62
• 致谢62

  本文关键词：基于惯性轮式自行车型机器人的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：255593