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基本信息
- 項目名稱：
- 基于PID的兩輪自平衡機器人的實現(xiàn)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 兩輪自平衡機器人是一種特殊的倒立擺式的移動機器人，這種機器人兩輪共軸、獨立驅(qū)動，車身重心倒置于車輪上方，通過調(diào)節(jié)左右電機輸出使機器人車身保持動態(tài)平衡，可直立行走、并實現(xiàn)任意半徑轉(zhuǎn)向的運動。
- 詳細(xì)介紹：
- 近年來，隨著移動機器人研究不斷深入，其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，面臨的環(huán)境和任務(wù)也越來越復(fù)雜。有時機器人會遇到比較狹窄，而且有很多轉(zhuǎn)角的工作場合，如何在這樣的環(huán)境里靈活快捷的執(zhí)行任務(wù)，成了人們頗為關(guān)注的一個問題。 兩輪自平衡機器人是一種特殊的倒立擺式的移動機器人，這種機器人兩輪共軸、獨立驅(qū)動，車身重心倒置于車輪上方，通過調(diào)節(jié)左右電機輸出使機器人車身保持動態(tài)平衡，可直立行走、并實現(xiàn)任意半徑轉(zhuǎn)向的運動。其適應(yīng)地形變化能力強，運動靈活，可以勝任一些復(fù)雜環(huán)境里的工作。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 兩輪自平衡機器人的創(chuàng)新點在于它是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策和路徑規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。它擺脫了傳統(tǒng)的“三點平衡”和以低重心、大而穩(wěn)的底盤設(shè)計來避免傾斜的思維定式。如何保持車體系統(tǒng)在空載、載人、前進、后退、旋轉(zhuǎn)以及剎車等各種運動狀態(tài)、各種環(huán)境下平衡以及對機器人進行實時導(dǎo)航和定位是保證其正常工作的關(guān)鍵問題。角度及角速度數(shù)據(jù)準(zhǔn)確快速的獲取以及小車平衡所需的基于PID控制算法的參數(shù)的準(zhǔn)確性是其主要技術(shù)指標(biāo)。
科學(xué)性、先進性
- 雙輪自平衡機器人是一個本質(zhì)不穩(wěn)定、高階次、多變量、非線性、強耦合且受非完整運動約束的運動控制系統(tǒng)，因此使傳統(tǒng)控制理論遇到極大的挑戰(zhàn)。在完成系統(tǒng)平衡控制任務(wù)的同時，還要在復(fù)雜的環(huán)境下完成路徑跟蹤任務(wù)或自主移動任務(wù)，因此，兩輪自平衡小車是一個具體實現(xiàn)起來相對便宜的復(fù)雜系統(tǒng)，是檢驗各種控制方法處理能力的典型裝置，因此，受到世界各國科學(xué)家的重視。兩輪自平衡小車作為一種復(fù)雜系統(tǒng)的實驗裝置，其控制難度大、控制算法復(fù)雜、非常適于理論研究、實驗和仿真。在此實驗系統(tǒng)上可以進行解耦控制、不確定系統(tǒng)控制、非線性系統(tǒng)控制、自適應(yīng)控制、復(fù)雜系統(tǒng)分散系統(tǒng)控制等研究，且物理意義明顯、觀察方便，系統(tǒng)具備復(fù)雜系統(tǒng)的特點但本身又不很復(fù)雜，價格低廉，占地面積小，是很有潛力的實驗工具，可以作為控制理論研究的實驗平臺。其次由于兩輪自平衡機器人的運動狀態(tài)與火箭等飛行器的飛行運動有很大的相似性，因而對其研究有很大的理論和實踐意義。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 兩輪自平衡機器人有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景、其典型應(yīng)用包括通勤車、空間探索、戰(zhàn)場偵查、危險品運輸、排雷滅火、智能輪椅、醫(yī)院手術(shù)室中醫(yī)療器械的運輸、智能玩具等場合。
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)現(xiàn)狀：我國在此方面的研究也取得了很大的成就。臺灣國立中央大學(xué)以模糊控制為理論基礎(chǔ)在這方面也有很大的進展。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究出了自平衡兩輪代步電動車。自平衡電動代步車是種兩輪式左右并行布置結(jié)構(gòu)的具有自平衡系統(tǒng)的電動車。
