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基于体感控制的两轮自平衡车

专家
2013-01-28 10:41:43     打赏

作者:宿州学院机械与电子工程学院 向若杰 尤清春 叶芳
指导教师:郝保明 汪材印

  作品简介

  近年来,两轮自平衡电动车以其行走灵活、便利、节能等特点得到了很大的发展。国内外有很多这方面的研究,也有相应的产品。  

 

  本次参赛作品车模及控制台  

 

  结构,功能,使用说明:

  一、主控模块
  1、小车主控模块主要由稳压模块、isp下载口、无线模块、加速度传感器、陀螺仪、74ls04s施密特触发器、电源指示灯组成。其中主控芯片的主要功能是采集加速度传感器、陀螺仪、光电编码器、以及无线模块的数据进行运算,然后进行反馈。不仅是主要的数据运算中心又是控制中心。如图:  

 

  2、控制模块主要由15系列单片机开发板、彩色电容屏、体感控制模块构成。主要功能是采集体感控制模块数据进行计算通过彩屏显示X、Y轴数据。并通过无线发射模块控制小车运动。如下图:
  附:由于本次比赛必须使用规定的开发板,因此原本手握式体感控制器,现在只能使用双手控制。  

 

  二、电机驱动及光电码盘
  电机驱动采用L298N驱动芯片,独立5V电压源供电。可同时驱动两个电机正反转。调速采用快速PWM调制。
  本次参赛所用码盘为90度切角互补码盘,不仅在测速的同时,还可以根据相位测出小车运动的方向。
  如下图:  

 

  平台选型说明

  本作品基于STC15F2K61S2芯片为控制核心的开发板加以扩展,添加彩屏显示模块,体感控制模块,无线收发模块。

  设计说明

  本作品分为两轮自平衡车和体感控制两个部分:
  一、两轮自平衡车
  1、设计原理
  本作品采用MMA7361三轴加速度传感器和EWTS82陀螺仪,经卡尔曼滤波测出倾斜角度,经A/D转换后由主控执行PID算法计算出左右轮电机的PWM值。由安装在左右两个电机上的四对光电传感器以及两个90度切角光电码盘测出小车行驶速度以及行驶方向,即:当小车向某个方向倾斜时,就向此方向加速,使小车纠正到平衡状态。通过调整小车左右轮速差即可调整小车行驶方向,通过给小车预置前后倾角即可实现小车前后移动。算法如下:
  PWM =
  K_angle*angle *K_angle_AD+
  K_angle_dot*angle_dot *K_angle_dot_AD +
  K_position*position *K_position_AD +
  K_position_dot*position_dot_filter*K_position_dot_AD;
  2、原理图  

   

  4、设计方案  

 

  二、体感控制
  1、设计原理
  体感控制部分是由MMA7361加速度传感器以及EWTS82陀螺在给定的15系列单片机开发板的基础上经卡尔曼滤波后得出X,Y轴方向的角度,控制小车运动。
  2、使用说明
  体感控制就是通过身体的倾斜方向来控制小车运动模式。
  向前倾斜—小车前进
  向后倾斜—小车后退
  向左倾斜—左转弯
  向右倾斜—右转弯
  只需打开电源,无需调试,即可使用。
  3、由于主控台是在给定的单片机开发板的基础上设计,因此无需再制作PCB板。同样这一原因也导致主控台显得很笨重。

  作品特色

  目前对于固定的机械臂的研究较为成熟,而对于具有移动平台的智能移动机器人的研究却甚少,两轮自平衡小车是移动机器人研究中的一个重要领域。两轮自平衡机器人两轮共轴、独立驱动、车身中心位于车轮轴上方, 通过运动保持平衡, 可直立行走。由于特殊的结构,其适应地形变化能力强,运动灵活,可以胜任一些复杂环境里的工作。另一方面, 从研究意义上看,自平衡小车系统是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合复杂非线性系统。
  本设计是通过体感控制以达到通过身体行为控制小车运行,改变以往的通过手扶控制。以达到更加自然地使用这一代步工具。

系统演示视频:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2772




关键词: 基于     体感     控制     两轮     平衡     模块     小车    

菜鸟
2013-08-20 16:32:02     打赏
2楼
找这些资料找好久了,谢谢楼主。

菜鸟
2013-08-22 07:55:32     打赏
3楼
iap15f2k61s2单片机的PWM寄存器赋值那你们是怎么赋的

菜鸟
2013-10-01 17:56:48     打赏
4楼

怎么没程序

 


高工
2013-10-01 19:06:19     打赏
5楼
太棒了,开源吗~

工程师
2013-10-19 19:10:50     打赏
6楼
这也是抄袭国外的创意

高工
2013-10-19 19:56:32     打赏
7楼

抄袭创意 这个帽子有点大了吧


任何行业都是最先有个神人造个东西出来,然后其他人跟进

电视、手机、电脑、相机……大家能接触到的所有东西几乎都是这样



工程师
2013-10-19 20:20:39     打赏
8楼
借鉴学习当然可以了,但是这种东西是无法推向市场的,我觉得中国人创新能力差就是从学生时代开始的,一开始就是学习怎么抄袭别人

菜鸟
2014-04-25 17:21:40     打赏
9楼
可以推向市场吗?可以联系我们。q号:2869421010

菜鸟
2014-04-25 17:21:40     打赏
10楼
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