劉玫 左月飛 王騰光 王洪龍

摘 要：隨著生活水平的提高，燃油汽車和電動(dòng)汽車已經(jīng)成為人們出行生活中必不可少的一部分，近年來(lái)，自動(dòng)避障兩輪機(jī)器人以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)向靈活深受消費(fèi)者的喜愛(ài)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)避障兩輪機(jī)器人 自主識(shí)別

當(dāng)今社會(huì)，隨著人們出行對(duì)機(jī)動(dòng)車需求的提升，由機(jī)動(dòng)車引起的城市問(wèn)題也愈演愈烈，城市交通越發(fā)擁擠，機(jī)動(dòng)車亂停亂放，隨之產(chǎn)生的環(huán)境污染也成為全球的關(guān)注重點(diǎn)。這就要求我們研發(fā)一種全新的可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)動(dòng)車的代步交通工具，為了滿足人們對(duì)新型交通工具的需求，需具備以下幾點(diǎn)：采用綠色能源供給、轉(zhuǎn)型靈活、結(jié)構(gòu)輕巧、體積小、易于停車、方便操作等。自動(dòng)避障兩輪機(jī)器人只有兩個(gè)伺服機(jī)構(gòu)，所以其體積小，轉(zhuǎn)向靈活，并且采用電能作為能源供給，能夠?qū)崿F(xiàn)綠色能源，無(wú)環(huán)境污染。

搭建一個(gè)能夠自動(dòng)識(shí)別道路故障、可控制的平衡機(jī)器人平臺(tái)，應(yīng)該從各種理論知識(shí)、搭建自動(dòng)避障機(jī)兩輪器人的數(shù)學(xué)模型，以該模型為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障兩輪機(jī)器人的結(jié)設(shè)計(jì)和控制設(shè)計(jì)。自動(dòng)避障兩輪機(jī)器人系統(tǒng)主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件電路原理分析與制作、軟件算法設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括機(jī)器人的主控制器、調(diào)試接口、各種傳感器、驅(qū)動(dòng)部件等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，機(jī)械結(jié)構(gòu)主要是考慮其重心位置分配以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小，使得其重心盡可能低，且集中在車軸上。硬件電路系統(tǒng)主要包括STM32控制器電路、外圍傳感器接口電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)、人機(jī)結(jié)構(gòu)和通訊接口電路，并且需要充分考慮系統(tǒng)的信號(hào)穩(wěn)定性以及抗干擾能力。軟件系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器信息的提取、處理，并且完成對(duì)自動(dòng)避障兩輪機(jī)器人的控制以及姿勢(shì)調(diào)整。編寫(xiě)一個(gè)自動(dòng)避障兩輪機(jī)器人的控制算法，然后用TSL1401光學(xué)傳感器對(duì)道路信息進(jìn)行采集、提取，接著通過(guò)MPU6050傳感器讀取兩輪機(jī)器人的車體角度，最后通過(guò)不同結(jié)構(gòu)的PID控制器調(diào)節(jié)伺服系統(tǒng)的PWM輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)兩輪機(jī)器人的自平衡控制和轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)。

自動(dòng)避障兩輪機(jī)器人通過(guò)調(diào)整姿態(tài)角進(jìn)行采集，然后進(jìn)過(guò)PID控制實(shí)現(xiàn)自平衡控制。速度閉環(huán)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)避障兩輪機(jī)器人速度無(wú)靜差調(diào)速。通過(guò)TSL1401傳感器自動(dòng)識(shí)別道路信息，用尋跳邊沿算法提取道路障礙邊界，然后通過(guò)算法擬合出道路的中心線，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障兩輪機(jī)器人在有障礙的道路上自主尋跡。控制其則可用電腦PC同主控CPU的通訊，然后采用異步通信方式實(shí)現(xiàn)遙控和自主尋跡的自由切換。

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