基本信息
- 项目名称：
- 基于PID的两轮自平衡机器人的实现
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 两轮自平衡机器人是一种特殊的倒立摆式的移动机器人，这种机器人两轮共轴、独立驱动，车身重心倒置于车轮上方，通过调节左右电机输出使机器人车身保持动态平衡，可直立行走、并实现任意半径转向的运动。
- 详细介绍：
- 近年来，随着移动机器人研究不断深入，其应用领域更加广泛，面临的环境和任务也越来越复杂。有时机器人会遇到比较狭窄，而且有很多转角的工作场合，如何在这样的环境里灵活快捷的执行任务，成了人们颇为关注的一个问题。 两轮自平衡机器人是一种特殊的倒立摆式的移动机器人，这种机器人两轮共轴、独立驱动，车身重心倒置于车轮上方，通过调节左右电机输出使机器人车身保持动态平衡，可直立行走、并实现任意半径转向的运动。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。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 两轮自平衡机器人的创新点在于它是一个集环境感知、动态决策和路径规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。它摆脱了传统的“三点平衡”和以低重心、大而稳的底盘设计来避免倾斜的思维定式。如何保持车体系统在空载、载人、前进、后退、旋转以及刹车等各种运动状态、各种环境下平衡以及对机器人进行实时导航和定位是保证其正常工作的关键问题。角度及角速度数据准确快速的获取以及小车平衡所需的基于PID控制算法的参数的准确性是其主要技术指标。
科学性、先进性
- 双轮自平衡机器人是一个本质不稳定、高阶次、多变量、非线性、强耦合且受非完整运动约束的运动控制系统，因此使传统控制理论遇到极大的挑战。在完成系统平衡控制任务的同时，还要在复杂的环境下完成路径跟踪任务或自主移动任务，因此，两轮自平衡小车是一个具体实现起来相对便宜的复杂系统，是检验各种控制方法处理能力的典型装置，因此，受到世界各国科学家的重视。两轮自平衡小车作为一种复杂系统的实验装置，其控制难度大、控制算法复杂、非常适于理论研究、实验和仿真。在此实验系统上可以进行解耦控制、不确定系统控制、非线性系统控制、自适应控制、复杂系统分散系统控制等研究，且物理意义明显、观察方便，系统具备复杂系统的特点但本身又不很复杂，价格低廉，占地面积小，是很有潜力的实验工具，可以作为控制理论研究的实验平台。其次由于两轮自平衡机器人的运动状态与火箭等飞行器的飞行运动有很大的相似性，因而对其研究有很大的理论和实践意义。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 两轮自平衡机器人有着相当广泛的应用前景、其典型应用包括通勤车、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。
同类课题研究水平概述
- 国内现状：我国在此方面的研究也取得了很大的成就。台湾国立中央大学以模糊控制为理论基础在这方面也有很大的进展。中国科学技术大学研究出了自平衡两轮代步电动车。自平衡电动代步车是种两轮式左右并行布置结构的具有自平衡系统的电动车。
