自動避障兩輪機器人的研究與實現

劉玫 左月飛 王騰光 王洪龍

摘 要：隨著生活水平的提高，燃油汽車和電動汽車已經成為人們出行生活中必不可少的一部分，近年來，自動避障兩輪機器人以其結構簡單、轉向靈活深受消費者的喜愛。

關鍵詞：自動避障兩輪機器人 自主識別

當今社會，隨著人們出行對機動車需求的提升，由機動車引起的城市問題也愈演愈烈，城市交通越發擁擠，機動車亂停亂放，隨之產生的環境污染也成為全球的關注重點。這就要求我們研發一種全新的可以代替傳統機動車的代步交通工具，為了滿足人們對新型交通工具的需求，需具備以下幾點：采用綠色能源供給、轉型靈活、結構輕巧、體積小、易于停車、方便操作等。自動避障兩輪機器人只有兩個伺服機構，所以其體積小，轉向靈活，并且采用電能作為能源供給，能夠實現綠色能源，無環境污染。

搭建一個能夠自動識別道路故障、可控制的平衡機器人平臺，應該從各種理論知識、搭建自動避障機兩輪器人的數學模型，以該模型為基礎實現自動避障兩輪機器人的結設計和控制設計。自動避障兩輪機器人系統主要包括機械結構設計、硬件電路原理分析與制作、軟件算法設計。結構設計主要包括機器人的主控制器、調試接口、各種傳感器、驅動部件等。在設計過程中，機械結構主要是考慮其重心位置分配以及轉動慣量的大小，使得其重心盡可能低，且集中在車軸上。硬件電路系統主要包括STM32控制器電路、外圍傳感器接口電路、電機驅動電路的設計、人機結構和通訊接口電路，并且需要充分考慮系統的信號穩定性以及抗干擾能力。軟件系統主要實現對傳感器信息的提取、處理，并且完成對自動避障兩輪機器人的控制以及姿勢調整。編寫一個自動避障兩輪機器人的控制算法，然后用TSL1401光學傳感器對道路信息進行采集、提取，接著通過MPU6050傳感器讀取兩輪機器人的車體角度，最后通過不同結構的PID控制器調節伺服系統的PWM輸出，從而實現對兩輪機器人的自平衡控制和轉向調節。

自動避障兩輪機器人通過調整姿態角進行采集，然后進過PID控制實現自平衡控制。速度閉環能夠實現自動避障兩輪機器人速度無靜差調速。通過TSL1401傳感器自動識別道路信息，用尋跳邊沿算法提取道路障礙邊界，然后通過算法擬合出道路的中心線，最終實現自動避障兩輪機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現遙控和自主尋跡的自由切換。

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