【正文】 00ms 時(shí)，車(chē)速要求低速小于 1m/s。速度是累積的，慢慢會(huì)漂移變大，所以速度 ki 要小。為防止漂移過(guò)大造成控制量PWM 大于 255，需要設(shè)定一個(gè) PWM 上下限。（4）紅外參數(shù)及反饋調(diào)試根據(jù)紅外原理，檢測(cè)黑白線返回高低電平，以黑線為目標(biāo)線，返回低電平，當(dāng)檢測(cè)時(shí)高電平時(shí)，需要電機(jī)左右轉(zhuǎn)動(dòng)使小車(chē)在黑線上，轉(zhuǎn)動(dòng)要不斷試湊才可以使車(chē)模不會(huì)偏。33 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)33總 結(jié)兩輪自平衡移動(dòng)控制機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本文涉及面廣，有數(shù)學(xué)建模理論，有很多力學(xué)分析原理，有經(jīng)典控制理論傳遞函數(shù)分析，有現(xiàn)代控制理論狀態(tài)空間方程，有工業(yè)控制經(jīng)常用到的 PID，有先進(jìn)的 Kalman 濾波，mpu6050 高級(jí)芯片的使用，電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)等。是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的研究課題，可以很好地聯(lián)系運(yùn)用大學(xué)四年我們自動(dòng)化學(xué)習(xí)的知識(shí)。通過(guò)研究這個(gè)系統(tǒng)提高了我的綜合分析能力。同時(shí)在研究過(guò)程中讓我學(xué)到了很多東西?？偟膩?lái)說(shuō)本課題研究成果如下：(1) 建立小車(chē)模型，并對(duì)小車(chē)運(yùn)動(dòng)任務(wù)分解，設(shè)計(jì)了以單片機(jī) STC12C5A60S2控制器為核心的硬件體系，并通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)快速執(zhí)行并調(diào)整車(chē)模姿態(tài)任務(wù)，使小車(chē)完成直立、行走等任務(wù)。(2) 分析了慣性傳感器的特點(diǎn)，并根據(jù)卡爾曼濾波原理，設(shè)計(jì)了濾波算法，同時(shí)調(diào)試時(shí)也采用了互補(bǔ)濾波算法，與卡爾曼濾波比較，并采用對(duì)平衡有利的卡爾曼濾波算法，較好的解決了數(shù)據(jù)漂移和動(dòng)態(tài)誤差的問(wèn)題。(3) 根據(jù)增量式 PID 設(shè)計(jì)了角度，速度反饋控制，使小車(chē)可以在電機(jī)干擾、外界干擾的復(fù)雜環(huán)境下平衡運(yùn)動(dòng)。(4) 對(duì)單片機(jī)的開(kāi)發(fā)能力和 C 語(yǔ)言編程能力，有較大提高，有很多像I2C、PWM 進(jìn)行了自我學(xué)習(xí)。(5) 設(shè)計(jì)實(shí)踐操作要求很高，在整個(gè)機(jī)械安裝、調(diào)試、焊接過(guò)程中提高了實(shí) 踐能力。了解了很多芯片，選擇適合小車(chē)的硬件。(6) 設(shè)計(jì)的循跡紅外模塊，由于時(shí)間關(guān)系沒(méi)有加入調(diào)試，希望后期可以做好這個(gè)模塊。(7) 調(diào)試發(fā)現(xiàn)左右電機(jī)不對(duì)稱，可能是商家發(fā)錯(cuò)貨了，在相同電壓下電機(jī)轉(zhuǎn)速不同，也因?yàn)闀r(shí)間緊沒(méi)再買(mǎi)新的電機(jī)，所以有些任務(wù)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。在后期要調(diào)整電機(jī)，完成任務(wù)。 34 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)34致 謝感謝辛勤栽培我的所有湖南工業(yè)大學(xué)老師，是老師的辛勤教導(dǎo)，讓我學(xué)習(xí)了很多專業(yè)知識(shí)，思想素質(zhì)也得到很大的提高，真正實(shí)現(xiàn)人的一次蛻變。感謝我的指導(dǎo)老師肖伸平教授，感謝給了我這個(gè)機(jī)會(huì)研究這個(gè)課題，并細(xì)心指導(dǎo)，從這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中提高了我的綜合能力。感謝我的隊(duì)友劉任慧等班上同學(xué)，我們一起討論，相互學(xué)習(xí)，讓我們的研究增加了樂(lè)趣，很多時(shí)候提高了研究信心。在問(wèn)題討論過(guò)程中增進(jìn)了我們友誼。感謝我的大學(xué)，湖南工業(yè)大學(xué)一所工科類(lèi)特色學(xué)校，為我提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，和美麗的校園環(huán)境。希望學(xué)校人才輩出。感謝我的父母，是他們的辛勞供我上學(xué)，你們辛苦了！希望我畢業(yè)后能夠發(fā)揚(yáng)吃苦耐勞精神，繼續(xù)學(xué)習(xí)潛行鉆研，以報(bào)答這些我要感謝的人。 學(xué)生簽名： 日 期：0 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)0參考文獻(xiàn)[1] [D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 [2] [D].中國(guó)海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文[3][M].北京:清華大學(xué)出版社. :923[4] [D].福建:福建農(nóng)林大學(xué)碩士學(xué)位論文,[5][M].,[5][A].北京:工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置 2022.[6][7] [A].荊門(mén):荊楚理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2022， （04）.[8][J].北京:北京工業(yè)大學(xué)報(bào)，2022， （01）.[9] [J].北京:,（04）.[10][J].遼寧沈陽(yáng):儀表技術(shù)與傳感器， 2022， （01）[11][D].:太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,[13][A].江蘇 .常熟:常熟理工學(xué)院:10082794(2022)007606[12]第七屆全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車(chē)競(jìng)賽電磁組直立行車(chē)參考設(shè)計(jì)方案(版本 ):20221222[14] MPU6000 and MPU6050 Register Map and Descriptions Revision [15] [A].重慶:西南大學(xué)學(xué)1 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)1報(bào)(自然科學(xué)版)..[16]Greg Welch and Gary Bishop:TR 95041,Department of Computer Science Uuniversity of North Carolina at Chapel Hill,NC 275993175[17][A].:5060(2022)[18]歐偉明,何靜,凌云,[M].北京:電子工業(yè)出版社,[19] [D].合肥工業(yè)大學(xué)，2022:610[20] [D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2022：34[21] [D].西安電子科技大學(xué)， 2022：16.2 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)2附錄一：Kalman 濾波程序void Kalman_Filter(float Accel,float Gyro){Angle+=(Gyro Q_bias) * dt。 //先驗(yàn)估計(jì) Pdot[0]=Q_angle PP[0][1] PP[1][0]。 // Pk先驗(yàn)估計(jì)誤差協(xié)方差的微分Pdot[1]= PP[1][1]。Pdot[2]= PP[1][1]。Pdot[3]=Q_gyro。 PP[0][0] += Pdot[0] * dt。 // Pk先驗(yàn)估計(jì)誤差協(xié)方差微分的積分 PP[0][1] += Pdot[1] * dt。 // =先驗(yàn)估計(jì)誤差協(xié)方差PP[1][0] += Pdot[2] * dt。PP[1][1] += Pdot[3] * dt。Angle_err = Accel Angle。 //zk先驗(yàn)估計(jì)PCt_0 = C_0 * PP[0][0]。PCt_1 = C_0 * PP[1][0]。E = R_angle + C_0 * PCt_0。K_0 = PCt_0 / E。K_1 = PCt_1 / E。t_0 = PCt_0。t_1 = C_0 * PP[0][1]。 PP[0][0] = K_0 * t_0。 //后驗(yàn)估計(jì)誤差協(xié)方差PP[0][1] = K_0 * t_1。PP[1][0] = K_1 * t_0。PP[1][1] = K_1 * t_1。Angle += K_0 * Angle_err。 //后驗(yàn)估計(jì)Q_bias += K_1 * Angle_err。 //后驗(yàn)估計(jì) Gyro_y = Gyro Q_bias。 //輸出值(后驗(yàn)估計(jì))的微分=角速度}3 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)3 附錄二: 模型參數(shù)說(shuō)明1：直流電機(jī)模型符號(hào)表直流電機(jī)在回路中有電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)轉(zhuǎn)矩mT直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)ki—直流電機(jī)回路電流直流電機(jī)在回路中有電流時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eU直流電機(jī)在回路的兩端電壓直流電機(jī)的反電動(dòng)系數(shù)ek直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速wR—直流電機(jī)的回路電阻L—直流電機(jī)的回路電感直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩總和T?直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩摩擦力與電機(jī)轉(zhuǎn)軸的速度比例關(guān)系fk直流電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩a直流電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量RJ2：機(jī)器人系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型符號(hào)表小車(chē)的任意輪子的質(zhì)量WMr—車(chē)輪半徑車(chē)身重心到通過(guò)小車(chē)兩輪的輪子中心軸的距離l重力加速度g直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)mk直流電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)e 車(chē)輪繞車(chē)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量WJ車(chē)身及電機(jī)不動(dòng)部分,兩個(gè)電機(jī)定子,以及小車(chē)兩個(gè)軸承的外圈部分通過(guò)小車(chē)P兩輪的輪中心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的總和,兩個(gè)電機(jī)的定子,以及小車(chē)兩個(gè)軸承外圈部M分質(zhì)量總和直流電機(jī)回路的電阻R4 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)42022 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料第二部分 過(guò)程管理資料5 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)5過(guò)程管理資料目錄一、2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書(shū)……………………………………（1）二、湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告……………………………（3）三、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告……………………………………………（8）四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱表 …………………………………………（11）五、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)閱表 …………………………………………（12）六、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯及最終成績(jī)?cè)u(píng)定表……………………………………（13）6 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)62022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書(shū)學(xué)院(部 )：電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)（方向）：自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 肖伸平 學(xué)生姓名 肖春元課題名稱 雙輪自平衡機(jī)器人移動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)內(nèi)容：以 STC12C5A60S2 為主控器，設(shè)計(jì)一個(gè)雙輪平衡循跡控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的直線行走，原地轉(zhuǎn)彎，循跡移動(dòng)的功能。此系統(tǒng)采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，檢測(cè)經(jīng)過(guò)卡爾曼融合后的加速度計(jì)和陀螺儀的值，再通過(guò) PID 控制電機(jī)，使系統(tǒng)維持動(dòng)態(tài)平衡。任務(wù)：（1）查閱平衡小車(chē)控制的相關(guān)論文和書(shū)籍，分析控制理論和數(shù)據(jù)濾 波原理， 制作車(chē)模，完成硬件電路設(shè)計(jì)；（2）軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)整體調(diào)試；（3）按時(shí)完成開(kāi)題報(bào)告、中期檢查報(bào)告等過(guò)程材料；（4）完成與課題相關(guān)的實(shí)驗(yàn)；（5）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（報(bào)告）。擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)技術(shù)要求：（1）平衡小車(chē)能站立并能承受一定的擾動(dòng)；（2）能采集規(guī)定的路徑信息，提取特征值；（3）按規(guī)定的路線循跡行走；（4）LCD 顯示屏顯示路徑和角度信息。 7 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)7起止日期 工作內(nèi)容~ 熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告~ 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)~ 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)~ 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)~ 系統(tǒng)調(diào)試、完善設(shè)計(jì)~ 撰寫(xiě)論文進(jìn)度安排~ 論文修改，畢業(yè)答辯主要參考資料[1] [D].西安電子科技大學(xué)，2022：16.[2] 楊興明，張培仁，[J].自然科學(xué)版，2022 年 11 月.[3] 王俊，許林，岳東， CCD 的兩輪自平衡智能車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)，2022（8）[4] [5] [D].合肥工業(yè)大學(xué)，2022:610[6] [D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2022：34[7] 周毅漳，葉榮斌. 雙輪自平衡機(jī)器人研究綜述[J].機(jī)電技術(shù)，2022( 增刊):24．系（教研室）意見(jiàn) 簽名：年 月 日學(xué)院(部)主管領(lǐng)導(dǎo)意見(jiàn) 簽名：年 月 日8 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)8湖 南 工 業(yè) 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 （2022 屆）學(xué) 院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 肖春元 班 級(jí)： 1004 學(xué)號(hào) 10401700519指導(dǎo)教師姓名： 肖伸平 職稱 教授 2022 年 12 月 24 日湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9題目：雙輪自平衡機(jī)器人的移動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1．本課題所涉及的內(nèi)容國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外多家科研單位和企業(yè)以及自平衡車(chē)的愛(ài)好者對(duì)自平衡理論的發(fā)展做出了許多有益的貢獻(xiàn)，大大推進(jìn)了自平衡技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也出現(xiàn)了一批有代表性的平衡機(jī)器人和載人代步車(chē)作品。 “雙輪自平衡”是國(guó)外目前相當(dāng)流行的控制問(wèn)題，然而在國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有關(guān)于這方面的具有系統(tǒng)性的經(jīng)驗(yàn)、資料。這不得不說(shuō)是一大困難。本課題通過(guò)對(duì)雙輪機(jī)器人的多種平衡方式的探究，對(duì)雙輪自平衡作了深入系統(tǒng)的研究，具有很強(qiáng)的原創(chuàng)性，也在一定程度上，為國(guó)內(nèi)這方面研究提供了具有一定參考價(jià)值的資料。同時(shí)，本課題更注重科學(xué)的應(yīng)用性，構(gòu)建了一套基于雙輪自平衡的地形控制系統(tǒng)。但是，由于本課題涉及面較大，很多課題中的研究項(xiàng)目還停留在較低層次，要更好地對(duì)各個(gè)構(gòu)想作具體分析，不少未經(jīng)驗(yàn)證的設(shè)想需借助進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)，可以是今后進(jìn)一步研究的方向。2022 年，美國(guó) Lego 公司的 Steve Hassenplug 設(shè)計(jì)了兩輪自平衡傳感式機(jī)器人Legway。這個(gè)設(shè)計(jì)引入了電機(jī)的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，它可以工作在傾斜面甚至不規(guī)則表面上，可遙控操作。通過(guò)對(duì)電機(jī)進(jìn)行遙控，Legway 可以在進(jìn)行前進(jìn)，后退和轉(zhuǎn)彎時(shí)保持平衡，可以實(shí)現(xiàn)零半徑轉(zhuǎn)彎和 U 型回轉(zhuǎn)。 2022 年，三洋電機(jī)展示了可以靠上體倒立來(lái)保持平衡的雙輪行走機(jī)器人“FLATHRU”，移動(dòng)速度方便，平地行走時(shí)最大 30cm/s，可搬運(yùn)重量最大為10kg，運(yùn)行時(shí)間約為 1 小時(shí)。車(chē)輪中嵌有一個(gè)輸入功率為 90W 的直流電動(dòng)機(jī)，頭部則嵌入了兩個(gè)相同的電動(dòng)機(jī)。為了檢測(cè)上體的平衡情況，使用了 3 個(gè)陀螺儀和 1個(gè) 3 軸加速器傳感器。深圳固高科技有限公司研制的教學(xué)用自平衡小車(chē)，使用 85W 減速比 10:1 的直流伺服電機(jī)，最大移動(dòng)速度 ，24V 鎳氫電池供電，電源持續(xù)工作時(shí)長(zhǎng)大于 小時(shí)，最大