双轮自平衡小车小车开题报告(DOC).doc

10HarbinUniversityOfScienceAndTechnology科研训练开题报告两轮自平衡车系统设计学校：哈尔滨理工大学学院：自动化学院专业：电子信息科学与技术班级：电技11-1姓名：邓敏学号：1112020103日期：2014.12.08项目名称两轮自平衡系统设计项目类型科研训练起止时间2014年12月8日至2014年12月27日指导教师姓名徐军职务/职称教授姓名马静职务/职称副教授姓名刘燕职务/职称讲师一、立项依据1.1研究目的及意义近年来两轮自平衡小车的研究开始在美国、日本、瑞士等国得到迅速的发展。建立了多个实验原机型提出来众多解决平衡控制的方案并对原机型的自动平衡性能与运动特性进行了验证。通过对两轮自平衡系统的改造可快速方便的应用到众多环境中去如承载、运输、代步等。这其中蕴藏着巨大的商机相应有些国外公司现在已经推出了商业化产品并且已经投放到了市场。两轮自平衡小车两轮共轴、独立驱动、车身重中心位于车轮轴上方通过运动保持平衡可以直立运动因为特别的结构它对于地形的变化有很强的适应能力有着良好的运动性能能够在比较复杂的环境里面的工作和传统的轮式移动机器人相比较两轮自平衡小车有着以下的几个优点：（1）能够实现在原地回转和任意半径的转向有更加灵活易变的移动轨迹很好地弥补了传统多轮布局的缺点；（2）具有占地面积小的优点能够在场地面积很小或者要求灵活运输的场合上使用；（3）车的结构上有很大的简化可以把车做的更轻更小；（4）有着较小的驱动功率能够让电池长时间供电为环保型轻车提供了一种新的概念；（5)机器人的平衡是个动态过程；机器人在平衡点附近不停地变化进行调节以保持平衡；（6)重心的高度对小车运动和硬件设计的限制小。多轮(三轮或以上)移动小车虽然可以稳定地平衡可是重心过高则小车启动或急停时有倾倒的危险。因此重心必须要求很低设计时总是拉大小车的水平截面积降低高度。这样会造成小车体积变大质量增加某些功能会受到限制。两轮自平衡移动小车却无这方面的约束重心的高低引起的不平衡已经通过动态平衡原理解决。因此重心的高低无严格限制节省占地面积可用在场地面积较小或要求灵活运输的场合；（7)驱动功率较小为电池长时间供电提供了可能为环保轻型车提供了一种新的思路。鉴于这些特点两轮自平衡小车有着相当广泛的应用前景。两轮自平衡小车是一个集动态决策和规划、环境感知、行为控制和执行等多种功能于一体的综合复杂系统其关键是在解决自平衡的同时还能够适应在各种环境下的控制任务。通过运用外速度传感器、角速度传感器等可以实现小车的平衡自主前进。近十年来两轮自平衡机器人引起同外许多研究机构和机器人爱好者极大关注各种基于不同目的、不同设计方案和控制策略的自平衡系统相继而生。在这方面国外的研究比较超前研制出了一些具有代表性的机器人。设计出一款可以独立行走的双轮自平衡小车一个集动态决策和规划、环境感知、行为控制和执行等多种功能于一体的综合复杂系统其关键是在解决自平衡的同时还能够适应在各种环境下的控制任务。通过运用外速度传感器、角速度传感器等可以实现小车的平衡自主前进。1.2国内外研究现状及发展动态两轮自平衡小车自问世以来迅速成为研究各种控制理论的理想平台具有重大的理论意义这要归功于她不稳定的动态性能和系统所具有的非线性。早在1986年日本电通大学教授山藤高桥最先提出了两轮自平衡机器人的概念并制造了一个在导轨上的两轮倒立摆机器人。这个基本的概念就是用数字处理器来侦测平衡的改变然后以平行的双轮来保持机器的平稳。这款被山藤高桥称为平行自行车的机器人开创了两轮自平衡机器人研究的先河。美国SegwayLLC公司开发的SegwayHT两轮平台电动车把人们从传统的“三点平衡”和以低重心、大商稳的底盘设计来避免倾斜的束缚中解脱出来通过检测车体的角度和角述度．用适当的回复转矩来避免倾刳摔倒。系统利用5个惯性比率传感器(陀螺仪)、2个倾角侍感器、电机编码器和一世光学脚垫传感嚣把系统的的状态提供给了控制器控制器经过运算确定输入给电机的能量大小。近十年来两轮自平衡机器人引起同外许多研究机构和机器人爱好者极大关注各种基于不同目的、不同设计方案和控制策略的自平衡系统相继而生。在这方面国外的研究比较超前研制出了一些具有代表性的机器人国内的研究基本上处于