一種基于Mega16的微型雙輪摩托車的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種類似于傳統的倒立擺的構簡單的輪式移動機器人。基于Mega16的微型雙輪摩托車是基于典型的移動倒立擺模型設計的，根據運動特性可將其分為兩個主要部分，第一部分為機械系統，包括兩輪、車體、框架等，負責實現機器人的機構功能，承載硬件電路、搭建工作平臺；第二部分為控制系統，包括：電機、驅動器、傳感器、電池等。其中傳感器為系統提供反饋信號，構造閉環系統的狀態空間方程，通過PID控制來控制系統的平衡運動。
【專利說明】—種基于Megal 6的微型雙輪摩托車
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種移動機器人，特別涉及的是一種基于Megaie的微型雙輪摩托車。
【背景技術】
[0002]機器人技術越來越廣泛的應用在了所有領域，移動機器人是機器人家族中的重要一員。在20世紀六十年代初期，就已經有關于移動機器人的相關研究。由于其應用范圍十分廣泛，以及計算機、傳感器、控制器和執行器等多項相關領域的發展迅速，使得移動機器人的發展速度也有了明顯的提高。但是在一些技術方面，移動機器人還有很多需要解決的問題，這也成為了近年來移動機器人研究活躍的一個重要原因。目前對于固定的機械臂的研究較為成熟，而對于具有移動平臺的智能移動機器人的研究卻甚少，雙輪自平衡小車是移動機器人研究的一個重要方向。隨著技術的發展，理論的成熟，對其研究的不斷深入，移動機器人的應用越來越普遍，范圍日益擴大，涉及到軍事、工業與生活等領域，這就對機器人本身提出了更高的要求，在很多復雜的場所中，會給存在比較多的障礙，如何在完成任務的基礎上提高靈活性，智能性成為了首要問題。而雙輪自平衡機器人就能很好解決這一問題。雙輪自平衡小車便屬于這種類型，系統特點是多變量、非線性和強耦合，決定了它高度不穩定的特性。同時因其體積較小、運動靈活等優點，被廣泛應用在軍事及民用領域。正是由于它巨大的理論研究價值與實用價值，在過去的幾年里不斷吸引眾多國內外學者、研究人員對其進行研究與探討。在這種應用背景下的基于Megal6的微型雙輪摩托車應運而生。基于Megal6的微型雙輪摩托車實際上是一個單軸的倒立擺系統，在其擺軸的方向上，系統的速度和加速度不恒為零。該系統利用傳感器技術和模糊控制原理實時控制系統的運動姿態并保證其穩定性和動作的準確性。基于Megal6的微型雙輪摩托車作為一款能夠自我平衡并在無人操作條件下完成的智能摩托車，增強了科技競技的技術性和娛樂性，并滿足了日新月異的科創需求，為用戶提供了一個綜合試驗平臺。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供是一種類似于傳統的倒立擺的構簡單的輪式移動機器人。
[0004]本發明的目的是這樣實現的:一種基于Megal6的微型雙輪摩托車，其特征在于:包括機械系統和控制系統；所述機械系統包括前輪、后輪、車體、車舵、慣性輪機構；所述控制系統包括:電機、驅動器、傳感器、電池；其中傳感器為系統提供反饋信號，構造閉環系統的狀態空間方程，通過PID控制來控制系統的平衡運動。
[0005]所述慣性輪機構由慣性驅動電機和輪盤組成，所述驅動電機使用帶減速器的大功率直流有刷電機，輪盤為一質量均勻的扁圓柱狀重物，驅動電機的減速器輸出軸與輪盤軸穩固連接。
[0006]所述車體可裝載各種電子設備，如數字信號處理器、慣性測量單元、導航定位系統坐寸ο
[0007]本發明還包括:
(I)根據實用摩托車的原理，智能摩托車的雙輪按一前一后分布，當車子直線行駛時，兩車輪的運動軌跡共線。前輪的轉向由舵機驅動一個曲柄完成，由于舵機的輸出軸與車多的連接靠移動副完成，因此車頭舵角與舵機轉角并不是線性對應的，在控制時可通過分層模糊控制避免這一缺點帶來的影響。后輪用高速的直流電機驅動，經減速比為1:27的齒輪箱減速后驅動后輪前進。后輪的轉軸留有突出軸承部分便于安裝計算速度用的光柵碼盤計數器的光柵碼盤，使計數器的計算結果直接反應出后輪的轉速大小，避免由于齒輪咬合不佳發生相對轉動而引起的計數參數不正確。
[0008](2)考慮到智能摩托車失去了靠人體改變重心的功能，在設計車舵時，增大了車頭轉向時對車身重心的影響，使其在轉向的同時改變車子重心，便于轉向和保持平衡。即當車體發生傾斜時，車舵朝傾斜方向轉動，除了利用車體在轉彎時的向心力平衡車體，也利用了重心的移動另車體保持平衡。
[0009](3)慣性輪機構由慣性驅動電機和輪盤組成，驅動電機使用帶減速器的大功率直流有刷電機，輪盤為一質量均勻的扁圓柱狀重物，驅動電機的減速器輸出軸與輪盤軸穩固連接。摩托車受到擾動偏離平衡位置時，慣性輪驅動電機帶動輪盤轉動，產生的反扭矩負責提供摩托車恢復平衡所需的回復力。
[0010](4)車體可裝載各種電子設備，如數字信號處理器、慣性測量單元、導航定位系統坐寸ο
[0011]本發明的優點:
(I)本發明具有體積小，結構簡單、移動軌跡靈活，適用于狹小和危險的環境中的特點。
[0012](2)本系統的控制核心為Megal6處理器，利用H橋驅動電路來產生PWM波控制驅動摩托車的后輪電機，結構緊湊，可靠性高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的機械結構示意圖。
[0014]圖2為本發明的平衡控制系統框圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述:
實施例1
一種基于Megaie的微型雙輪摩托車，其特征在于:包括機械系統和控制系統；所述機械系統包括前輪1、后輪2、車體3、車舵4、慣性輪機構5 ;所述控制系統包括:電機、驅動器、傳感器、電池；其中傳感器為系統提供反饋信號，構造閉環系統的狀態空間方程，通過PID控制來控制系統的平衡運動。
[0016]所述慣性輪機構5由慣性驅動電機和輪盤組成，所述驅動電機使用帶減速器的大功率直流有刷電機，輪盤為一質量均勻的扁圓柱狀重物，驅動電機的減速器輸出軸與輪盤軸穩固連接。
[0017]所述車體3可裝載各種電子設備，如數字信號處理器、慣性測量單元、導航定位系統等。
[0018]實施例2
結合圖1，圖1是本發明的機械結構示意圖；基于Megaie的微型雙輪摩托車是基于典型的移動倒立擺模型設計的，根據運動特性可將其分為兩個主要部分，第一部分為機械系統，包括兩輪、車體3、框架等，負責實現機器人的機構功能，承載硬件電路、搭建工作平臺；第二部分為控制系統，包括:電機、驅動器、傳感器、電池等。其中傳感器為系統提供反饋信號，構造閉環系統的狀態空間方程，通過PID控制來控制系統的平衡運動。基于Megal6的微型雙輪摩托車的機體結構通常包含:
①、輪系。根據實用摩托車的原理，智能摩托車的雙輪按一前一后分布，當車子直線行駛時，兩車輪的運動軌跡共線。前輪I的轉向由舵機驅動一個曲柄完成，由于舵機的輸出軸與車多的連接靠移動副完成，因此車頭舵角與舵機轉角并不是線性對應的，在控制時可通過分層模糊控制避免這一缺點帶來的影響。后輪2用高速的直流電機驅動，經減速比為I: 27的齒輪箱減速后驅動后輪2前進。后輪2的轉軸留有突出軸承部分便于安裝計算速度用的光柵碼盤計數器的光柵碼盤，使計數器的計算結果直接反應出后輪2的轉速大小，避免由于齒輪咬合不佳發生相對轉動而引起的計數參數不正確。
[0019]②、車舵4。考慮到智能摩托車失去了靠人體改變重心的功能，在設計車舵4時，增大了車頭轉向時對車身重心的影響，使其在轉向的同時改變車子重心，便于轉向和保持平衡。即當車體3發生傾斜時，車舵4朝傾斜方向轉動，除了利用車體3在轉彎時的向心力平衡車體3，也利用了重心的移動另車體3保持平衡。
[0020]③、慣性輪。慣性輪機構5由慣性驅動電機和輪盤組成，驅動電機使用帶減速器的大功率直流有刷電機，輪盤為一質量均勻的扁圓柱狀重物，驅動電機的減速器輸出軸與輪盤軸穩固連接。摩托車受到擾動偏離平衡位置時，慣性輪驅動電機帶動輪盤轉動，產生的反扭矩負責提供摩托車恢復平衡所需的回復力。
[0021]④、車體3。可裝載各種電子設備，如數字信號處理器、慣性測量單元、導航定位系統等等。
[0022]結合圖2，圖2為本發明的平衡控制系統框圖。基于Megal6的微型雙輪摩托車平衡控制系統的總體設計如圖2所示。該系統是指為角度伺服系統，即要求系統在給定角度的輸入下，輸出可以跟隨輸入。本系統的控制核心為Megal6處理器，利用H橋驅動電路來產生PWM波控制驅動摩托車的后輪2電機。系統的檢測元件為加速度計和陀螺儀分別用來測量輸出角加速度和角度。最后將采集信號送入到互補濾波器之中，得到較光滑的角度反饋值，用以與輸入角度比較，從而校正車體3的姿態。
【權利要求】
1.一種基于Megaie的微型雙輪摩托車，其特征在于:包括機械系統和控制系統；所述機械系統包括前輪、后輪、車體、車舵、慣性輪機構；所述控制系統包括:電機、驅動器、傳感器、電池；其中傳感器為系統提供反饋信號，構造閉環系統的狀態空間方程，通過PID控制來控制系統的平衡運動。
2.根據權利要求1所述的一種基于Megal6的微型雙輪摩托車，其特征在于:所述慣性輪機構由慣性驅動電機和輪盤組成，所述驅動電機使用帶減速器的大功率直流有刷電機，輪盤為一質量均勻的扁圓柱狀重物，驅動電機的減速器輸出軸與輪盤軸穩固連接。
3.根據權利要求1所述的一種基于Megal6的微型雙輪摩托車，其特征在于:所述車體可裝載各種電子設備，如數字信號處理器、慣性測量單元、導航定位系統等。
【文檔編號】B62D37/04GK104192223SQ201410463081
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月12日 優先權日:2014年9月12日
【發明者】李相武, 王瑛, 李忠喜 申請人:哈爾濱恒譽名翔科技有限公司