论文分析

两轮自平衡小车

摘要

近年来，两轮自平衡电动小车以其行走灵活、便利、节能等诸多特点得到了很大的发展。目前，国内外有很多这方面的研究，而且有了相应的产品，SEGWAY就是典型的代表。两轮自平衡小车运动控制的关键是小车平衡的控制，在参考了大量国内外相关文献后，本文设计并制作了一台基于体感识别技术的两轮自平衡小车，通过3D摄像头识别人体肢体的动作，控制小车完成相应的动作，具体动作有前进、后退、停止、左转弯、右转弯。本设计以陀螺仪和加速度计作为传感器，采用32位ARM作为主控制器，通过电机驱动电路驱动直流电机实现两轮自平衡小车的姿态控制。

控制器通过AD读取传感器的信号，经过滤波算法滤波后进行数据的融合得到小车的姿态，控制算法根据小车的姿态计算出PWM信号，再通过闭环反馈控制，使小车稳定运行。

经过制作和调试，两轮自平衡小车可以稳定运行，具有很强的抗干扰能力和对复杂路面的适应能力，能够很好的完成动作控制。

关键字：自平衡；陀螺仪；加速度传感器；3D

1 绪论

本章简要介绍了两轮自平衡小车的研究意义和国内外的研究现状，并说明了本论文各章节所讲述的主要内容。

1.1两轮自平衡小车的研究意义

机器人技术一直以来都代表了面向未来的前沿技术，涉及技术范围广，如通讯技术、计算机技术、人工智能技术、微电子技术、控制技术、通信技术、传感器技术、数学方法和仿生学等，是一个多学科的综合高新技术。两轮自平衡机器人自面世以后，迅速成为研究各种控制理论的理想平台，理论意义重大。

两轮自平衡小车两轮在一条轴线上，分别由两个电机驱动，车子中心位于车轴上方，通过车子前后运动保持平衡，可以直立行走，原地转弯。由于特有的结构，两轮自平衡小车运动灵活，适应地形变化能力强，可以在一些复杂环境里工作，这是传统三轮或四轮小车所不能做到的。两轮自平衡小车动力学方程是一严重自不稳、多变量、时变、具有参数不确定性的非线性高阶方程，因而是一个高度不稳定两轮机器人。在运动学方程中得非完整性约束下，小车不仅要完成平衡控制，还要完成自主移动和路径跟踪等多重控制任务，这给控制理论提出了很大的挑战，是检验各种控制方法处理能力的典型装置。