一种轮式倒立摆机器人设计.pdfVIP

108 传感器与微系统 (TransducerandMicrosystemTechnologies) 2016年 第35卷 第4期 DOI：10．13873／J．1000-9787(2016)04--0108-03 一 种轮式倒立摆机器人设计 汪智祥，刘益剑，曹 楠 (南京师范大学 电气与 自动化工程学院。江苏 南京 210042) 摘 要：倒立摆是检验各种控制理论的理想模型，通过它可以判断各类控制算法的有效性和控制性能。 为此，结合K60微控制器强大的运算能力和丰富的接口功能，设计 了该轮式倒立摆机器人，可以通过它验 证各种新型控制算法。硬件上介绍了与姿态控制相关的姿态检测系统和电机驱动单元。软件上介绍了根 据系统数学模型设计的互补滤波器、姿态控制器、方向控制器和速度控制器。实验结果表明：该系统具有 良好的鲁棒性和稳定性，可以准确地对控制算法的有效性和控制性能进行判断。 关键词：轮式倒立摆；互补滤波 ；姿态估计；控制器 中图分类号：TP242．6 文献标识码：A 文章编号：1000-9787(2016)04-0108-03 Design ofawheeled invertedpendulum robot WANGZhi—xiang，LIUYi-jian，CAONan (SchoolofElectricalEngineeringandAutomation，NanjingNormalUniversity，Nanjing210042，China) Abstract：Inve~edpendulum isanidealmodelfortestingdifferentcontrolstrategies，throughwhicheffectiveness andcontrolperformanceofvariouscontrolalgorithmscanbejudged．Acontrolsystem ofrwheeledinve~ed pendulumisdesignedbyusingpowerfuloperationfunctionandinterfaceofKli0microcontrolunit(MCU)based onARM Codex-M4，anditisusedtoverifyvariousnew typecontrolalgorithm．Forhardware，attitudedetection system andmotordriverunitwhichrelatedtoattitudecontrolareintroduced．Forsoftware，complementaryfilter， ， 一 ’ attitudecontroller，directioncontrollerandvelocitycontrollerareintroducedaccordingtomathmodelofrsystem． Experimentalresultsshow thatthecontrolsystemhasgoodrobustnessandstability，anditcanexactlyjudge validityandcontrolperformanceofcontrolalgorithm． Keywords：wheeledinve~edpendulum ；complementaryfiltering；attitudeestimation；controller 0 引 言 本文基于高性能的K60微控制器，设计了一种轮式倒 2002年，瑞士联邦工业大学的GrasserF等人研制