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《雙輪自平衡小車機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書題目:雙輪自平衡小車機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作學(xué)院(系):機(jī)械工程學(xué)院年級(jí)專業(yè):12級(jí)機(jī)械電子工程組號(hào):3學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:史艷國(guó)姚建濤李艷文史小華張慶玲唐艷華李富娟劉曉飛劉正操胡浩波日期:2015.11燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書院(系):機(jī)械工程學(xué)院基層教學(xué)單位:機(jī)械電子工程系組號(hào)學(xué)生姓名設(shè)計(jì)題目雙輪自平衡小車機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì)要求在課程研究項(xiàng)目所搭建的伺服控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,自主設(shè)計(jì)加工雙輪車的機(jī)械系統(tǒng),并完成智能雙輪自平衡車系統(tǒng)裝配與調(diào)試。技術(shù)參數(shù)所搭建的雙輪車系統(tǒng)需要具備以下基本功能:a.具備一定的自平衡能力,自動(dòng)檢測(cè)
2、自身機(jī)械系統(tǒng)的傾角并完成姿態(tài)的調(diào)整;b.具備一定的負(fù)載承載能力,在加載一定重量的重物時(shí)能夠快速做出調(diào)整并保證自身系統(tǒng)的自我平衡;c.具備速度調(diào)節(jié)能力,能夠以不同的運(yùn)動(dòng)速度實(shí)現(xiàn)雙輪車系統(tǒng)的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)等動(dòng)作;d.具備無線通訊功能,能夠?qū)崿F(xiàn)雙輪自平衡車系統(tǒng)的無線遠(yuǎn)程操作控制。工作量(1)資料分析:查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料,對(duì)資料進(jìn)行分析總結(jié)。(2)機(jī)器人總體設(shè)計(jì):確定機(jī)器人的具體任務(wù)要求,根據(jù)任務(wù)初步擬定機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)形式、機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方案、傳動(dòng)方案、控制方案等。(3)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):將機(jī)器人分解為車身結(jié)構(gòu)、機(jī)械臂和手爪等若干部分,分別對(duì)各
3、個(gè)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)并校核,繪制機(jī)器人總裝圖和關(guān)鍵零部件圖。(4)傳感和信息檢測(cè)及信息傳輸:根據(jù)任務(wù)要求,完成相關(guān)信息檢測(cè)、處理,并完成信息的正確傳輸。(4)運(yùn)動(dòng)控制方案設(shè)計(jì);基于傳感信息,采用單片機(jī)完成機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試。(5)編制課程設(shè)計(jì)說明書工作計(jì)劃(1)資料查閱、分析總結(jié),所需天數(shù)1天(2)總體方案設(shè)計(jì),所需天數(shù)2天(3)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),所需天數(shù)2天(4)傳感、信息傳輸和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),所需天數(shù)2天(5)關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)制作,所需天數(shù)2天(6)控制程序編碼與調(diào)試,所需天數(shù)3天(7)繪制總裝圖和關(guān)鍵零件圖,所需天數(shù)
4、2天(8)系統(tǒng)整體裝配與調(diào)試所需天數(shù)3天(9)編制課程設(shè)計(jì)說明書所需天數(shù)2天(10)答辯考核、演示,所需天數(shù)1天參考資料通過校園網(wǎng)在我校訂閱的電子資料庫(kù)中可以搜索到大量的有關(guān)機(jī)電一體化以及電機(jī)和電力拖動(dòng)的參考資料。同學(xué)們也可到學(xué)校的圖書館查找紙質(zhì)期刊資料。機(jī)械學(xué)院的計(jì)算機(jī)中心上班時(shí)間免費(fèi)對(duì)本院學(xué)生開放。指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書摘要兩輪自平衡小車是一種非線性、多變量、強(qiáng)耦合、參數(shù)不確定的復(fù)雜系統(tǒng),他體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)靈活,適合在狹小空間內(nèi)工作,是檢驗(yàn)各種控制方法的一個(gè)理想裝置,受到廣大研究人員的重視,成為具有挑戰(zhàn)性的課題
5、之一。兩輪自平衡小車系統(tǒng)是一種兩輪左右并行布置的系統(tǒng)。像傳統(tǒng)的倒立一樣,其工作原理是依靠?jī)A角傳感器所檢測(cè)的位姿和狀態(tài)變化率結(jié)合控制算法來維持自身平衡。本設(shè)計(jì)通過對(duì)倒立擺進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模,類比得到小車平衡的條件。從加速度計(jì)和陀螺儀傳感器得出的角度。運(yùn)用卡爾曼濾波優(yōu)化,補(bǔ)償陀螺儀的漂移誤差和加速度計(jì)的動(dòng)態(tài)誤差,得到更優(yōu)的傾角近似值。通過光電編碼器分別得到車子的線速度和轉(zhuǎn)向角速度,對(duì)速度進(jìn)行PI控制。根據(jù)PID控制調(diào)節(jié)參數(shù),實(shí)現(xiàn)兩輪直立行走。通過調(diào)節(jié)左右兩輪的差速實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向。制作完成后,小車實(shí)現(xiàn)了在無線藍(lán)牙通訊下前進(jìn)、后退、和左右轉(zhuǎn)向的基本動(dòng)作。此外小車能
6、在正常條件下達(dá)到自主平衡狀態(tài)。并且在適量干擾下,小車能夠自主調(diào)整并迅速恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。關(guān)鍵詞:自平衡陀螺儀控制調(diào)試III燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書前言移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)的一個(gè)重要分支,對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人的研究,包括輪式、腿式、履帶式以及水下式機(jī)器人等,可以追溯到20世紀(jì)60年代。移動(dòng)機(jī)器人得到快速發(fā)展有兩方面原因:一是其應(yīng)用范圍越來越廣泛;二是相關(guān)領(lǐng)域如計(jì)算、傳感、控制及執(zhí)行等技術(shù)的快速發(fā)展。移動(dòng)機(jī)器人尚有不少技術(shù)問題有待解決,因此近幾年對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的研究相當(dāng)活躍。近年來,隨著移動(dòng)機(jī)器人研究不斷深入、應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛,所面臨的環(huán)境和任務(wù)也越來越復(fù)雜。機(jī)器人經(jīng)常
7、會(huì)遇到一些比較狹窄,而且有很多大轉(zhuǎn)角的工作場(chǎng)合,如何在這樣比較復(fù)雜的環(huán)境中靈活快捷的執(zhí)行任務(wù),成為人們頗為關(guān)心的一個(gè)問題。雙輪自平衡機(jī)器人概念就是在這樣的背景下提出來的。兩輪自平衡小車是一個(gè)高度不穩(wěn)定兩輪機(jī)器人,是一種多變量、非線性、強(qiáng)耦合的系統(tǒng),是檢驗(yàn)各種控制方法的典型裝置。同時(shí)由于它具有體積小、運(yùn)動(dòng)靈活、零轉(zhuǎn)彎半徑等特點(diǎn),將會(huì)在軍用和民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。因?yàn)樗扔欣碚撗芯恳饬x又有實(shí)用價(jià)值,所以兩輪自平衡小車的研究在最近十年引起了大量機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的廣泛關(guān)注。本論文主要敘述了基于stm32控制的兩輪自平衡小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的整個(gè)過程。主要內(nèi)容
8、為兩輪自平衡小車的平衡原理,直立控制,速度控制,轉(zhuǎn)向控制及系統(tǒng)定位算法的設(shè)計(jì)。通過此設(shè)計(jì)使小車