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。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为，模数为，齿数为。前面也对驱动力矩做出估计并给出转速，，。这里参考机械设计里的带式输送机减速器的高级级齿轮传动设计进行校核。由于这里的齿条可以理解为半径无穷大的圆柱齿轮，故不存在疲劳强度是否符合要求，对齿条的强度无需校核，这里只需校核齿轮的弯曲疲劳强度接触疲劳强度。选定齿轮类型精度等级材料这里以直齿圆柱齿轮齿条传动。该焊接机器人速度不高，故选用级精度。由表选择齿轮材料为调质，硬度为，齿条材料为钢调质，硬度为，二者材料硬度差为。按齿面接触强度校核按照公式进行校核确定公式内的各计算数值计算载荷系数根据，级精度，由表查得动载系数由表查得使用系数直齿轮，调质，及。查表的由表查的级精度小齿轮相对支承非对称布置时，将数据带入后得由,计方案选择功率估计电机选择校核。第四章结论对该集装箱波纹板三自由度焊接机器人进行了方案设计，并对机构进行运动学逆解，证明该方案可行，能够满足集装箱波纹板焊接的要求，能够提高在直线段与在波内斜边段的焊缝成形的致性，提高集装箱的生产质量。完成了车体结构设计车体结构方案的比较与选择驱动电机功率的估计计算与选择齿轮齿条传动的接触疲劳强度与弯曲疲劳强度校核。还有摆动关节驱动电机的选择。其它方面车轮与选用导轨的匹配设计，关节间的联接匹配设计。这些都是直接在图纸上设计出来了。查图得故载荷系数。齿宽系数。由表查得材料的弹性影响系数。由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限。由式计算应力循环次数。由图查得接触疲劳系数。计算接触疲劳许用应力取失效概率，安全系数，由式得由于这里是齿轮齿条传动，故可认为传动比计算将上面计算的各项数据带入示，机器人采用三个运动关节左右平移的焊接机器人本体，前后平移的十字滑块和做旋转运动的末端效应器。通过三个关节之间的协调运动，来保证末端效应器的姿态发生变化时，焊接速度保持不变，焊枪与焊缝间的夹角保持垂直关系，来做到直线段与波内斜边段焊缝成形的致。运动学模型此处省略字图移动效率高点，精度要求并不是很高，。故可从表可选择出方案作为该小车的设计结构方案。小车驱动电机功率的确定电机功率的估计根据机器人的重量小车运行速度轮胎直径来确定驱动电机的功率。假定小车在轨道上行走，不考虑小车行驶中的空气阻力，分析小车的受力情况，以便估计小车所需的驱动力矩。此时，应把轮胎看成个弹性体来考虑。前面也提到了，在这里，由于电机的驱动是通过齿轮齿条的啮合来驱动，故该小车的四轮都为从动轮。这里先分析车轮的受力情况图车轮受力简图假设在运动过程中，轮子做纯滚动。设小车运动时的加速度为，相应的车轮角加速度为。根据可推得其中为小车速度，为车轮角速度，为车轮的半径。图画出了该小车的车轮在运动过程中的受力简图，图中车轮上的载荷，车轮的质量，地面对车轮的法向反作用力，为车轮的切向反作用力，车轮轴的动功率小等优点，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