一種兩輪自平衡遙控小車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種兩輪自平衡小車，尤其是帶無(wú)線遙控和顯示功能的兩輪自平衡小車，屬于機(jī)器人領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)階段存在的用于教學(xué)的自平衡小車功能單一，自平衡精度不高，穩(wěn)態(tài)時(shí)抖動(dòng)比較大。雖然現(xiàn)有的能夠較為直觀反映自平衡原理，但是模式單一，控制參數(shù)不可控，并且不能夠?qū)崿F(xiàn)人與小車的互動(dòng)，所以為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種兩輪自平衡遙控小車。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]為了解決現(xiàn)有的自平衡小車的模式單一，控制參數(shù)不可控，不能實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)等不足，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N帶有無(wú)線遙控功能、顯示功能和能夠自平衡控制參數(shù)的自平衡遙控小車，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下:
[0004]—種兩輪自平衡遙控小車，其特征在于:包括遙控終端和車體，所述車體分為車底和車身，所述車底設(shè)有車輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、光電編碼器；所述車身上設(shè)有2層支架，下層支架上設(shè)有驅(qū)動(dòng)電路板和電源；上層支架上設(shè)有單片機(jī)、傳感器、紅外接收器、顯示屏和按鍵；所述單片機(jī)分別控制按鍵、傳感器、光電編碼器、紅外接收器。
[0005]所述車輪和驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)齒輪連接，所述光電編碼器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸連接。
[0006]所述車輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、光電編碼器分別設(shè)有2個(gè)，對(duì)稱安裝在車底。
[0007]所述電源為驅(qū)動(dòng)電路板和單片機(jī)供電。
[0008]所述傳感器為MPU6050傾角傳感器。
[0009]所述單片機(jī)為STM32F103型號(hào)。
[0010]所述顯示屏用來(lái)顯示控制參數(shù)，小車傾角，小車速度。
[0011]所述遙控終端包括前進(jìn)、倒退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等按鍵。
[0012]所述按鍵用來(lái)調(diào)試PID參數(shù)。
[0013]本實(shí)用新型的工作原理:開機(jī)上電后，MPU6050傾角傳感器測(cè)得小車的加速度和角速度，并將信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)IIC讀取數(shù)字量，在程序中進(jìn)行卡爾曼濾波算法；此時(shí)STM32F103型號(hào)的單片機(jī)芯片將得到小車的當(dāng)前的傾斜角度；同時(shí)單片機(jī)通過(guò)兩個(gè)光電編碼器反饋的信號(hào)處理得到小車左右車輪的速度，將傾角與小車速度通過(guò)PID算法的嵌套使用，形成兩個(gè)內(nèi)外閉環(huán)控制，(所述的內(nèi)環(huán)是角度反饋環(huán)，外環(huán)是速度反饋環(huán)，內(nèi)環(huán)保證小車不受外力的時(shí)候保持直立平衡，外環(huán)是小車收到外力的時(shí)候使小車減速保持直立平衡)。從而使小車獲得更穩(wěn)定精準(zhǔn)的平衡性能。
[0014]遙控終端有五個(gè)功能按鍵，分別控制小車的前后左右各個(gè)方向的行駛及停止。
[0015]車體上按鍵部分可以直接調(diào)節(jié)自平衡的PID參數(shù)，能夠及時(shí)反映出不同控制方式下的控制效果，操作簡(jiǎn)單方便。左右是切換Kp (比例調(diào)節(jié)系數(shù))，Ki (積分調(diào)節(jié)系數(shù))，Kd (微分調(diào)節(jié)系數(shù))，上下是調(diào)整大小，上是加下是減。
[0016]顯示部分顯示控制參數(shù)，小車傾角，小車速度等參數(shù)。能夠使得使用人員無(wú)須連接電腦上位機(jī)便可直接讀取小車重要部分參數(shù)，大大提升使用方便性。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0018](1)可以及時(shí)顯示小車當(dāng)前速度等控制參數(shù)，方便使用人員的讀取。
[0019](2)根據(jù)使用人員的需要進(jìn)行小車當(dāng)前速度的調(diào)整。
[0020](3)可以有效解決人機(jī)互動(dòng)的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型兩輪自平衡遙控小車的的前視圖；
[0022]圖2為本實(shí)用新型兩輪自平衡遙控小車的的俯視圖；
[0023]圖3為本實(shí)用新型兩輪自平衡遙控小車的控制終端示意圖；
[0024]圖4為本實(shí)用新型兩輪自平衡遙控小車的控制器結(jié)構(gòu)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1和圖3所示，本實(shí)用新型包含遙控終端和小車車體兩部分。遙控終端含有前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止按鍵。其通過(guò)遙控終端上的紅外發(fā)射裝置將信號(hào)發(fā)送到小車車體上，由車體上的紅外接收裝置進(jìn)行接收遙控終端發(fā)射的信號(hào)，然后將控制信號(hào)傳送到單片機(jī)進(jìn)而控制小車的行駛。
[0026]小車車底部分設(shè)有左右兩個(gè)車輪，分別為左車輪(10)、右車輪(9)，對(duì)稱安裝在車底兩側(cè)，且2個(gè)車輪上分別通過(guò)齒輪連接一個(gè)左驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5)和右驅(qū)動(dòng)電機(jī)￠)，其在左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)上分別同軸連接一個(gè)左光電編碼器(8)、右光電編碼器(7)。
[0027]小車車身上設(shè)有上層支架(11)和下層支架(12)，所述上層支架(11)上設(shè)有STM32F103單片機(jī)(2)、傾角傳感器(13)、調(diào)試按鍵(14)、顯示屏(1)、紅外接收器(15)，所述下層支架(12)上設(shè)有電源(3)、驅(qū)動(dòng)模塊(4);電源(3)為單片機(jī)(2)和驅(qū)動(dòng)電路板(4)供電，單片機(jī)(2)作為控制中樞接收按鍵(14)、傾角傳感器(13)、左光電編碼器(8)、右光電編碼器(7)和紅外接收器(15)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后輸出信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路板(4)和顯示屏(1)，然后驅(qū)動(dòng)電路板來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，來(lái)保持小車的平衡；同時(shí)調(diào)試按鍵(14)可以根據(jù)顯示屏上(1)上的信息進(jìn)行對(duì)小車速度的控制，且調(diào)試按鍵也可以根據(jù)工作人員的需要，進(jìn)行相關(guān)速度的調(diào)整。
[0028]本實(shí)用新型小車的具體工作原理如下:開機(jī)上電后，MPU6050傾角傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)小車的加速度和角速度信號(hào)，并將信號(hào)傳送到單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)卡爾曼濾波算法得到小車的傾斜角度。同時(shí)單片機(jī)通過(guò)兩個(gè)光電編碼器反饋的信號(hào)處理得到小車左右車輪的速度，將傾角與小車速度通過(guò)PID算法的嵌套使用，并能通過(guò)給定得到力矩，與小車重心傾斜產(chǎn)生的力矩相互抵消從而使小車獲得更穩(wěn)定精準(zhǔn)的平衡性能，達(dá)到自平衡的目的。遙控終端有五個(gè)功能按鍵，分別控制小車的前后左右各個(gè)方向的行駛及停止。遙控終端給定一個(gè)信號(hào)時(shí)，通過(guò)紅外收發(fā)裝置將信號(hào)傳到單片機(jī)內(nèi)部，單片機(jī)通過(guò)處理之后給出速度給定，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)雙閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡。使小車在改變方向和速度的同時(shí)保持良好的平衡性能。車體上按鍵部分可以直接調(diào)節(jié)自平衡的PID參數(shù)，能夠及時(shí)反映出不同控制方式下的控制效果，操作簡(jiǎn)單方便。顯示部分顯示控制參數(shù)，小車傾角，小車速度等參數(shù)。能夠使得使用人員無(wú)須連接電腦上位機(jī)便可直接讀取小車重要部分參數(shù)，大大提升使用方便性。
[0029]雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例公開如上，但并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，都可做各種的改動(dòng)與修飾，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種兩輪自平衡遙控小車，其特征在于:包括遙控終端和車體；所述車體分為車底和車身；所述車底設(shè)有車輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、光電編碼器；所述車身上設(shè)有2層支架，下層支架上設(shè)有驅(qū)動(dòng)電路板和電源；上層支架上設(shè)有單片機(jī)、傳感器、紅外接收器、顯示屏和按鍵；所述單片機(jī)分別控制按鍵、傳感器、光電編碼器、紅外接收器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩輪自平衡遙控小車，特征在于，所述車輪和驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)齒輪連接，所述光電編碼器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩輪自平衡遙控小車，特征在于，所述車輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、光電編碼器分別設(shè)有2個(gè)，對(duì)稱安裝在車底。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩輪自平衡遙控小車，特征在于，所述電源為驅(qū)動(dòng)電路板和單片機(jī)供電。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩輪自平衡遙控小車，特征在于，所述傳感器為MPU6050傾角傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩輪自平衡遙控小車，特征在于，所述單片機(jī)為STM32F103 型號(hào)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩輪自平衡遙控小車，特征在于，所述顯示屏用來(lái)顯示控制參數(shù)，小車傾角，小車速度。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩輪自平衡遙控小車，特征在于，所述遙控終端包括前進(jìn)、倒退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止按鍵。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種兩輪自平衡小車，屬于機(jī)器人領(lǐng)域。所述兩輪自平衡遙控小車，其特征在于：包括遙控終端和車體，所述車體分為車底和車身，所述車底設(shè)有車輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、光電編碼器；所述車身上設(shè)有2層支架，下層支架上設(shè)有驅(qū)動(dòng)電路板和電源；上層支架上設(shè)有單片機(jī)、傳感器、紅外接收器、顯示屏和按鍵；所述單片機(jī)分別控制按鍵、傳感器、光電編碼器、紅外接收器。通過(guò)顯示屏可以及時(shí)顯示小車當(dāng)前速度等控制參數(shù)，方便使用人員的讀取。使用人員還可以使用按鍵對(duì)小車當(dāng)前速度的調(diào)整，可以有效解決人機(jī)互動(dòng)的問(wèn)題。
【IPC分類】G05B13/02
【公開號(hào)】CN205067990
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520805309
【發(fā)明人】薛長(zhǎng)森, 王貝貝, 王丁一, 李英, 馬飛翔
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年10月13日