（定稿）仰山小区基础设施工程项目资金申请报告5（喜欢就下吧）

机器人是基于倒立摆模型的复杂非线性系统，是验证各种控制算法的理想平台。

作为轮式移动机器人个重要分支，适于在狭小和危险的环境下工作的特点，同时还可以作为种运输和载人工具，有着重要的理论研究意义和广阔的应用前景。

两轮自平衡机器人的机械部分包括左右车轮两层板子用于摆放电机及其驱动模块电源和主控电路板等。

两个车轮的轴线在同直线上，分别由两个直流减速电机直接驱动小车的重心位于整个车体的中间部分，并且高于车轮轴线采用两轮式的最大优点是可以在小空间范围内灵活运动。

在车身下部装有蓄电池左右直流减速电机速度传感器等，其中，速度传感器直流减速电机与两个车轮在同轴线上，速度传感器用于测量左右车轮的运动速度。

板子上装有加速度传感器角速度传感器电机驱动模块无线传输模块微控制器等，其中微控制器是整个系统的核心。

系统采用的传感器包括加速度传感器角速度传感器速度传感器，通过它们可以测量和运算出小车的状态参数，其中车体倾角车体倾角角速度分别由加速度传感器和角速度传感器直接测量左右车轮的行驶速度由速度传感器测得，进而推算出车体的前进速度以及车体在地面的旋转角速度。

将运行状态信息反馈给控制电路，通过计算得到输出脉宽调制信号和方向信号，经过光电隔离，控制驱动电路，经过功率放大后直接驱动直流减速电机，实现对小车的平衡控制。

小车行驶过程中，车体向前倾斜个角度当转弯时，电机施加左右车轮不同的力矩，使左右车轮速度出现偏差，从而实现转弯。

为了实现控制系统与之间的通信，系统配备了无线传输模块。

该模块可以使在米范围内对小车系统进行操作，同时可以通过系统，需要设计控制器使其能够在平衡的基础上实现各种期望的运动和速度。

所以平衡是两轮自平衡机器人控制的基础。

将通过两轮自平衡机器人在静止时的动态平衡实验验证控制器在平衡控制方面的性能。

实验结果如图抗干扰实验为了验证控制器控制机器人对外部扰动的抑制能力，进行了机器人的抗干扰性实验。

实验结果如图速度跟踪实验两轮自平衡机器人在保持平衡的基础上，最终需要实现期望的运动，所以，在平衡与抗干扰性实验的基础上，还进行了机器人速度跟踪实验。

实验从上位机给控制器输入个期望的速度，通过传感器测得机器人的前进速度，画出速度变化曲线。

实验结果如图以上是控制器控制机器人平衡抗干扰和速度跟踪的实验结果，从图中可以看出，控制器在拐角处的调整时间很短，这点从机器人，轴的速度曲线也可以看出，控制器在速度变化时的调整时间短，超调小。

从以上分析可知，控制器对于速度的变化调整较快，超调小，实现的矩形轨迹也较好。

线模块将系统的各种状态信息发送到机，以供实验分析。

整个系统又相当于个无线测试平台。

系统硬件设计主要包括以下几个模块电源模块系统需要的电压分别有等，分别给运放传感器单片机电机驱动等供电包括通勤车空间探索战场侦查危险品运输排雷灭火智能轮椅医院手术室中医疗器械的运输智能玩具等场合。

例如，将两轮小车作为小范围短距离交通工具将更加方便灵活。

微控制器模块两轮自平衡机器人在行进过程中，通过模块实时采样传感器信号，计算出要加在电机上的电压并输出控制电机的控制信号以及方向信号，完成这功能的器件是，同时它还要完成与无线模块之间的数据传输。

传感器信号采集与处理模块为了获取小车的运动状态，需要各种传感器以及信号放大电路。

微控制器的模块采集放大后的传感器信号，作为控制系统的输入。

无线传输模块研制移动式倒立摆的过程中，需要监测车体运行数据，在上进行分析研究并作为评价算法优劣的依据。

在小车的运行过程中，指令的发送也要靠无线传输模块实现。

电机驱动电路微处理器通过计算得出来的控制量使用不同占空比的信号驱动功放电路，从而驱动直流减速电机转动。

两轮自平衡机器人的结构图二两轮自平衡机器人的实物图三两轮自平衡机器人的实现过程通过分析两轮自平衡机器人的运动规律，采用拉格朗日方程建立机器人的动力学模型，为机器人控制器的设计提供了理论依据。

基于传感器互补的原理，选择加速度传感器和陀螺仪测得车体倾斜的角度和角速度，并通过卡尔曼滤波得到较准确的角度和角速度值。

通过机器人底部的霍尔传感器测得电机的转速，即机器人运动的速度，并通过积分得到机器人的位移。

将前面步得到的角度角速度速度和位移送入，构成倾角环和速度环，即控制算法，计算得到电机驱动的数据，驱动电机。

大概以为周期，重复步，不断获取传感器数据，并通过算法得到电机的驱动数据，最终使机器人能够在原地前进后退旋转和刹车的运动过程中保持平衡。

四平衡控制器实验结果平衡控制实验两轮自平衡机器人要实现各种运动和速度之前，首先要保持平衡。

对于两轮自平衡机器人来说，由于它是个本征不稳定的论文作者王瑜两轮自平衡机器人自适应控制算法的研究哈尔滨工程大学硕士学位论文作者黎田袁泽睿两轮自平衡机器人控制算法的研究中国优秀硕士学位论文全文数据库，王晓宇两轮自平衡机器人多传感器数据融合方法研究中国学术期刊网络出版总库，阮晓刚两轮自平衡机器人动力学建模及其平衡控制中国学术期刊网络出版总库，栗维克两轮自平衡小车大范围稳定的智能控制研究中国优秀硕士学位论文全文数据库，秦剑两轮自平衡车的制作中国学术期刊网络出版总库，作品在何时何地何种机构举行的评审鉴定评比展示等活动中获奖及鉴定结果作品所处阶段实验室阶段中试阶段生产阶段自填技术转让方式作品可展示的形式实物产品模型图纸磁盘现场演示图片录像样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测与传统轮式移动机器人相比，两轮自平衡机器人主要有如下优点实现了原地回转和任意半径转向，移动轨迹更为灵活易变，能很好地弥补传统多轮布局的缺点。

减少占地面积，在场地面积较小或要求灵活运输的场合十分适用。

大大地简化了车体结构，可以把机器人做得更小更轻。

驱动功率也较小，为电池长时间供电提供可能，为环保轻型车提供了种新的思路。

两轮自平衡机器人有着相当广泛的应用前景其典型应用些复杂环境里的工作。

作为种新兴的轮式移动机器人，它具有结构简单运动灵活驱环保这过程，感想和收获颇多。

在开发个系统时，前期的分析准备工作非常的重要。

对于系统的需求要明确，这样才能做到有的放矢。

特别是对于系统中数据的存储和重要算法的设计，设计的不好会出现大量的冗余，不仅浪费存储空间，还影响查询效率。

在设计的初期，对个功能模块的设计，要想出两种或两种以上方案，这样可以进行比较，从而获得更佳的设计方案，设计开发过程中定要吸取经验教训，避免返工。

尤其是些重要算法或功能。

在对具体实现功能模块进行编程时，要养成良好的加注释的习惯，这样的话不仅能理清思路，而且可以为以后的调试程序带来很大的方便。

懂得充分利用网络资源，因为实地调研的时间是非常有限的，所以需求分析中大部分分析结构都是在我阅读专业书籍，网络资料后得出的。

由于本人是初次开发系统，在知识经验方面都存在着不足。

另外，在整个开发的过程中，时间也比较仓促。

因此，该系统必然会存在些缺陷和不足。

谨请各位老师提出宝贵的意见。

参考文献耿祥义，张跃平大学实用教程第版电子工业出版社，李兴华开发实战经典清华大学出版社，孙鑫开发详解电子工业出版社，刘聪零基础学开发机械工业出版社，孙卫琴面向对象编程电子工业出版社，李刚整合开发版电子工业出版社，范春晓浅谈动态网站开发技术中国科技博览，吴闻，吴焰斌基于及数据库的图片存储和显示技术初探科技广场，张国忠，田静学习应注意的问题电脑编程技巧与维护，毛雪，关佶红服务发现技术研究计算机技术与发展，是以被测过的模块作为测试对象的。

在具体的测试中，般应遵循以下原则由程序设计者之外的人进行测试测试用例应由两部分组成输入数据和预期输出结果应选用不合理的输入数据与非法输入测试不仅要检验程序是否实现预期功能，还应检查程序是否做了不应该做的工作集中测试容易出错的程序模块对程序修改以后，必须重新进行测试。

在开发本系统时，为了使系统能够稳定运行，对本系统进行了有针对性的全面测试，具体如下表表管理员页面的测试用例用例编号测试环境测试内容预期结果实际结果测试日期用户信息管理进入管理员管理首页，点击用户信息管理，分别测试添加，删除，查询对用户信息的添加，删除，等操作达到了预期效果，并且能查询到效果与预期相同年月号课程信息管理进入管理员管理首页，点击课程信息管理，分别测试添加，删除，查询对课程信息的添加，删除等操作达到了预期效果，并且能查询到效果与预期相同年月号成绩信息管理进入管理员管理首页，点击成绩信息管理，分别测试添加，删除，查询，修改对成绩信息的添加，删除，修改操民族等。

如图所示。

图数据信息索引列表单击每个条目的编码，可以对本条目进行编码名称说明的更改。

如图所示。

图数据信息索引修改单击每个条目的数据项图标，可以对本条目的内容进行增删改查。

如图所示。

图数据信息数据列表用户管理学生管理选择左侧菜单中的用户管理学生管理功能，进入学生表列表页面，这里可以增删改查学生信息每个新增的学生自动成为系统的用户，具备学生权限，如查看课程成绩查看和修改本人信息用户名和密码默认为该学生的学生编号和，密码在登录系统动功率小等优点，可以装备成各种应用机器人，在各种复杂环境中完成工作任务。

机器人是基于倒立摆模型的复杂非线性系统，是验证各种控制算法的理想平台。

作为轮式移动机器人个重要分支，适于在狭小和危险的环境下工作的特点，同时还可以作为种运输和载人工具，有着重要的理论研究意义和广阔的应用前景。

两轮自平衡机器人的机械部分包括左右车轮两层板子用于摆放电机及其驱动模块电源和主控电路板等。

两个车轮的轴线在同直线上，分别由两个直流减速电机直接驱动小车的重心位于整个车体的中间部分，并且高于车轮轴线采用两轮式的最大优点是可以在小空间范围内灵活运动。

在车身下部装有蓄电池左右直流减速电机速度传感器等，其中，速度传感器直流减速电机与两个车轮在同轴线上，速度传感器用于测量左右车轮的运动速度。

板子上装有加速度传感器角速度传感器电机驱动模块无线传输模块微控制器等，其中微控制器是整个系统的核心。

系统采用的传感器包括加速度传感器角速度传感器速度传感器，通过它们可以测量和运算出小车的状态参数，其中车体倾角车体倾角角速度分别由加速度传感器和角速度传感器直接测量左右车轮的行驶速度由速度传感器测得，进而推算出车体的前进速度以及车体在地面的旋转角速度。

将运行状态信息反馈给控制电路，通过计算得到输出脉宽调制信号和方向信号，经过光电隔离，控制驱动电路，经过功率放大后直接驱动直流减速电机，实现对小车的平衡控制。

小车行驶过程中，车体向前倾斜个角度当转弯时，电机施加左右车轮不同的力矩，使左右车轮速度出现偏差，从而实现转弯。

为了实现控制系统与之间的通信，系统配备了无线传输模块。

该模块可以使在米范围内对小车系统进行操作，同时可以通过系统，需要设计控制器使其能够在平衡的基础上实现各种期望的运动和速度。

所以平衡是两轮自平衡机器人控制的基础。

将通过两轮自平衡机器人在静止时的动态平衡实验验证控制器在平衡控制方面的性能。

实验结果如图抗干扰实验为了验证控制器控制机器人对外部扰动的抑制能力，进行了机器人的抗干扰性实验。

实验结果如图速度跟踪实验两轮自平衡机器人在保持平衡的基础上，最终需要实现期望的运动，所以，在平衡与抗干扰性实验的基础上，还进行了机器人速度跟踪实验。

实验从上位机给控制器输入个期望的速度，通过传感器测得机器人的前进速度，画出速度变化曲线。

实验结果如图以上是控制器控制机器人平衡抗干扰和速度跟踪的实验结果，从图中可以看出，控制器在拐角处的调整时间很短，这点从机器人，轴的速度曲线也可以看出，控制器在速度变化时的调整时间短，超调小。

从以上分析可知，控制器对于速度的变化调整较快，超调小，实现的矩形轨迹也较好。

线模块将系统的各种状态信息发送到机，以供实验分析。

整个系统又相当于个无线测试平台。

系统硬件设计主要包括以下几个模块电源模块系统需要的电压分别有等，分别给运放传感器单片机电机驱动等供电包括通勤车空间探索战场侦查危险品运输排雷灭火智能轮椅医院手术室中医疗器械的运输智能玩具等场合。

例如，将两轮小车作为小范围短距离交通工具将更加方便灵活