兩輪自平衡智能機器人的設(shè)計與制作

田嘯宇　陳揚　張婷

【摘要】本文主要介紹了兩輪自平衡機器人的設(shè)計系統(tǒng)方案。該方案以K60系列單片機作為系統(tǒng)控制處理器，采用陀螺儀、加速度儀傳感器對機器人進行直立控制，運用PID算法對兩個驅(qū)動馬達進行差速控制確保平衡性能。文中將介紹機器人系統(tǒng)硬件設(shè)計以及系統(tǒng)軟件設(shè)計的主要內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】自平衡 智能機器人 單片機

【基金項目】上海工程技術(shù)大學大學生創(chuàng)新訓練項目（cs1524005）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）01-0247-02

1.引言

由于特殊的結(jié)構(gòu)，自平衡機器人適應(yīng)地形變化能力強，運動靈活，可以勝任一些復雜環(huán)境里的工作。[1]但因兩輪自平衡小車的應(yīng)用最大的難點在于其平衡控制方面，所以本文針對該系統(tǒng)的基本平衡控制問題設(shè)計了最佳控制方案，仿真實驗結(jié)合實際系統(tǒng)實驗均實現(xiàn)了其對平衡控制，驗證了控制效果。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)方案以K60系列中MK60N512VMD100微控制器為系統(tǒng)的主要控制單元。采用MMA7260三軸加速度計和ENC-03M做為檢測機器人模型直立姿態(tài)的傳感器，并通過AD采樣后以數(shù)字信號的形式反饋給單片機，單片機進行PID運算處理后對兩個驅(qū)動馬達通過PWM的方式施加控制，使得車體自動直立得到實現(xiàn)。然后在驅(qū)動馬達上疊加一個速度控制分量，加以使用光電編碼器檢測車輪速度，實現(xiàn)了車模速度的控制。

3.軟件設(shè)計

本次設(shè)計研究的自平衡機器人軟件部分主要由加速度傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、電機控制模塊、PID算法控制模塊三個部分構(gòu)成。……