基于Arduino的兩輪自平衡機器人設(shè)計與實現(xiàn)

于強+許強+楊為民+何燕

摘要：隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，與開源軟件一樣，開源硬件正成為一股不可忽視的顛覆性力量影響著科學(xué)探索和企業(yè)生產(chǎn)。基于開源硬件的產(chǎn)品越來越深入到社會實踐中。基于Arduino的開源硬件技術(shù)，論文提出了一個兩輪直立自平衡機器人的設(shè)計方案。它采用陀螺儀判斷小車的原有姿勢狀態(tài)，使用加速度傳感器計算車體的傾斜角度，采用Arduino處理數(shù)據(jù)和控制小車，用PID控制結(jié)合互補濾波融合加速度計和陀螺儀采樣信息，用PWM調(diào)節(jié)電機運動，最終達到車體的平衡。實驗結(jié)果表明：小車可以自行保持直立，并且具有較好的回復(fù)平衡能力。該車可以作為進一步驗證各種控制算法的理想平臺，具有一定的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：Arduino；開源硬件；自平衡機器人

中圖分類號：TP24 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）34-8332-03

移動機器人技術(shù)隨著計算機技術(shù)、軟件技術(shù)、微電子技術(shù)、材料技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的進步而發(fā)展，同航天技術(shù)一樣，其發(fā)展水平甚至代表了一個國家的綜合科技實力[1]。兩輪自平衡機器人是基于欠驅(qū)動，非線性以及無電狀態(tài)中不穩(wěn)定的系統(tǒng)，若使車體能夠在供電狀態(tài)下保持自身平衡，必然要保證車身重心始終和兩車輪重心處在同一中心軸線上。當小車車身處于動態(tài)平衡控制時，車身姿態(tài)傳感器模塊將測到的車身角速度值和加速度值經(jīng)過處理后傳到控制模塊，然后計算得到控制車身平衡的信號量，通過驅(qū)動左右直流電機產(chǎn)生控制力矩用以調(diào)節(jié)左右車輪的速度和方向，從而使車身能夠恢復(fù)直立平衡狀態(tài)[2]。……