雙輪平衡車的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計方案小車機器人論文(已修改)
2025-05-25 06:50 本頁面
【正文】 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 信息工程系 摘 要雙輪自平衡車是一個高度不穩(wěn)定兩輪機器人，是一種多變量、非線性、絕對不穩(wěn)定的系統(tǒng)，需要在完成平衡控制的同時實現(xiàn)直立行走等任務(wù)因其既有理論意義又有實用價值，雙輪自平衡小車的研究在最近十年引起了大量機器人技術(shù)實驗室的廣泛關(guān)注。本文主要介紹了雙輪平衡車的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計方案。此方案采用ATmega328 作為核心控制器，在此基礎(chǔ)上增加了各種接口電路板組成整個硬件系統(tǒng)，包括單片機最小系統(tǒng)，姿態(tài)檢測模塊，直流驅(qū)動電機控制模塊，電源管理模塊，測速編碼模塊，串口調(diào)試等模塊。對于姿態(tài)檢測系統(tǒng)而言，單獨使用陀螺儀或者加速度計，都不能提供有效而可靠的信息來保證車體的平衡。所以采用一種簡易互補濾波方法來融合陀螺儀和加速度計的輸出信號，補償陀螺儀的漂移誤差和加速度計的動態(tài)誤差，得到一個更優(yōu)的傾角近似值。本文先闡述了系統(tǒng)方案原理，再分別就各模塊工作原理進行詳細(xì)的介紹與分析，最終完成車模的制作和電路原理圖以及 1PCB 板的繪制。最后根據(jù)調(diào)試情況對整個系統(tǒng)做了修改，基本達(dá)到設(shè)計要求。關(guān)鍵詞 雙輪自平衡車 模塊設(shè)計 傳感器 AbstractTwowheeled selfbalanced car is a highly unstable robots, it is a system with Multivariable, nonlinear and absolute instability, it needs to plete the balance control tasks such as walking upright because of both theoretical significance and practical value. Twowheeled selfbalanced car in the last decade has aroused widespread concern in the robotics paper describes the control system hardware design of the wheel balanced car. This program uses ATmega328 as the core controller,base on this increase of various interface circuit board to building the hardware system. Peripheral circuits including the smallest singlechip system, the gesture detection module, the DC drive motor control module, power management module, velocity encoding module and serial debugging module. For the posture monitoring system，the information solely depends on the gyroscope or the accelerometer couldn’t make sure the balance of vehide．So the signals from the gyroscope and accelerometer were integrated by a simple method of plementary filtering for an optimal angle to pensate the gyroscope drift error and the accelerometer dynamic article first describes the principle of the system program，then described in detail each module how to working out, the final pletion of car models produced and circuit schematics and the PCB the end, according to debug the situation on the whole system changes, the hardware system basically reached the design requirements.Keywords twowheeled selfbalanced car modular design sensor31長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 信息工程系 目 錄前言 1第1章 緒論 2 設(shè)計的依據(jù)與意義 2 國內(nèi)外同類設(shè)計的概況綜述 3 設(shè)計要求與內(nèi)容 3第2章 總體硬件方案設(shè)計 5 總體分析 5 總體方案設(shè)計 5 方案框圖 7第3章 單元模塊設(shè)計 8 姿態(tài)檢測模塊 8 單片機控制單元模塊電路 14 電機驅(qū)動模塊 19 串行通信模塊 21 電源管理模塊 24結(jié)論 26參考文獻 27致謝 28附錄 29長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 信息工程系 前 言自平衡車自動平衡運作原理主要是建立在一種被稱為“動態(tài)穩(wěn)定”（DynamicStabilization）的基本原理上，也就是車輛本身的自動平衡能力。以內(nèi)置的精密固態(tài)陀螺儀（SolidState Gyroscopes）來判斷車身所處的姿勢狀態(tài)。透過精密且高速的中央微處理器計算出適當(dāng)?shù)闹噶詈?，?qū)動馬達(dá)來做到平衡的效果。正確打開電源且能保持足夠運作的電力，車上的人就不用擔(dān)心有傾倒跌落的可能，這與一般需要靠駕駛?cè)俗约哼M行平衡的滑板車等交通工具大大不同，雙輪單軸自平衡小車就是其中的一種模型。雙輪自平衡小車是一個高度不穩(wěn)定兩輪機器人，是一種多變量、非線性、絕對不穩(wěn)定的系統(tǒng)，且因其運動環(huán)境復(fù)雜、運動學(xué)方程中的非完整約束，所以其控制任務(wù)也具有復(fù)雜性，需要在完成平衡控制的同時實現(xiàn)直立行走等任務(wù)因其既有理論意義又有實用價值，雙輪自平衡小車的研究在最近十年引起了大量機器人技術(shù)實驗室的廣泛關(guān)注。雙輪自平衡小車作為倒置系統(tǒng)的一種形式，是動力學(xué)理論和自動控制理論與技術(shù)相結(jié)合的研究項目，為科學(xué)理論的發(fā)展起到了指導(dǎo)作用，且由于結(jié)構(gòu)簡單、運動靈活以及適合在更小的空間里工作，有著一定的應(yīng)用前景。為使我們對幾年大學(xué)學(xué)習(xí)有個全面而深刻的了解，為了讓我們對所學(xué)書本知識從抽象化到具體化的質(zhì)的飛躍，為使我們能更快的適應(yīng)將來的工作，在畢業(yè)之際進行了此次設(shè)計，以此來為我們的大學(xué)生涯畫上圓滿的句號。本設(shè)計利用 ATmega328P 單片機，和加速度以及陀螺儀傳感器實時檢測物體在空間中的姿態(tài)，并將物體姿態(tài)數(shù)據(jù)進行處理，發(fā)出控制信號，驅(qū)動兩個電機轉(zhuǎn)動，使小車保持動態(tài)平衡。本設(shè)計完成了如下要求：（1）單片機控制系統(tǒng)電路原理圖的設(shè)計；（2）控制系統(tǒng)電路印制版的繪制；（3）硬件模塊的連接。 第1章 緒論 設(shè)計的依據(jù)與意義雙輪自平衡小車屬于一種簡單的輪式機器人。由于結(jié)構(gòu)簡單、運動靈活以及適合在更小的空間里工作，有著一定的應(yīng)用前景。其原理來自于倒立擺的控制，雙輪小車從力學(xué)角度來說本身是不穩(wěn)定的，因此設(shè)計的重點是如何控制實現(xiàn)小車的平衡，以及在平衡下實現(xiàn)指
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