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桌面型轮式自平衡机器人硬件实现及平衡控制算法设计

本课题旨在研发一款桌面型轮式机器人,进行其硬件系统及相关结构设计,并编程实现基于PD算法的平衡控制。

摘 要

两轮自平衡机器人运动灵活、结构简单,其适应地形变化能力强,运动灵活,且具有转弯半径为零等特点。因此具有广泛的前景,可以胜任一些复杂环境里的工作。而桌面型两轮机器人则在此基础上,具有体积小,重量轻等优势,更有利于在实验室环境下开发及进行相关实验研究。

本课题旨在研发一款桌面型轮式机器人,进行其硬件系统及相关结构设计,并编程实现基于PD算法的平衡控制。其中重点研究以下几个方面内容:

(1)完善机器人硬件电路架构:根据现有条件、以及通过对比国内外机器人研究成果、结合实验室环境、并考虑机器人桌面特性等因素,对机器人整体的硬件架构进行设计与改进,并绘制功能图,完成搭建。

(2)调试主控制器XS128微处理器:通过学习与实验,对开发板进行熟悉。并对硬件中的I/O口、定时/计数器、A/D转换三部分进行详细调试。

(3)调试倾角检测芯片SCA60C:绘制SCA60C特性曲线,并结合主控制器进行倾斜角度的检测以及数据读入和存储的调试。

(4)调试电机驱动电路:设计并调试基于电机驱动芯片L298N的电机驱动电路,并完成主控制器对于电机的PWM波控制的调试。

(5)机器人的平衡控制算法与系统联调。

实验结果显示,桌面型两轮自平衡机器人成型,可基本进行平衡控制。

【关键词】轮式自平衡机器人、XS128微处理器、SCA60C传感器

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