基于红外传感器的两轮桌面机器人设计实现

2012年03月22日10:53:33 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

关键字：传感器

阮晓钢，刘　航，武卫霞
北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京　

摘　　　要：为了验证红外传感器作为姿态检测的可行性，又能满足经济性要求，设计了一种基于红外传感器的两轮桌面式小型机器人ＷｉｌｌＢｏｔⅡ，此机器人通过红外传感器检测与地面之间的距离来达到姿态检测的目的，此种方法大大节约了传感器的成本，同时克服了零点漂移现象，能够有效准确地对姿态进行检测。首先介绍了机器人的系统构成，包括机械结构部分、电气结构部分和控制部分。使用牛顿力学方法对机器人进行了动力学建模，在建模过程中充分考虑系统中可能存在的不确定性及噪声，之后对机器人的数学模型进行了线性化处理，并建立了状态空间方程。用ＬＱＲ方法对机器人分别进行了系统仿真和实物的控制，仿真结果和实物控制结果证明了机器人物理系统和控制方法的合理性与有效性。

关　键　词：两轮机器人；桌面机器人；红外传感器

１　引　言
两轮自平衡机器人是在伴随着当今对移动式机器人不断的深入研究的趋势下出现的新型机器人，轮式机器人具有成本低、机构和控制算法简单、能高速稳定的移动、动力利用率高，同时能够自学习，同过自强化学习来学会之前不能完成的任务。这种机器人较大的特点就是能够自平衡，扩展了他适应的环境变化的能力［１］，同时，可以进行加速或者是减速以及实现原地回转和任意半径转向，移动轨迹更为灵活易变，大大弥补了传统三轮或四轮转向不足的缺点。目前在美国的商品化两轮代步机器人Ｓｅｇｗａｙ［２］以内置的精密固态陀螺仪来判断车身所处的姿势状态，透过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达来做到平衡的效果。但是这种方法由于采用先进的固态陀螺仪，所以成本比较高，不能得到普及。传统的两轮自平衡机器人的姿态检测系统多采用倾角仪，加速度计和陀螺仪三者相结合的方式达到测量目的，这种方法成本较高，而且像陀螺仪、倾角仪等器件容易受到温度的影响，产生零点漂移。本文设计并实现了一种基于红外传感器作为姿态检测的两轮自平衡机器人，此机器人通过红外传感器检测与地面之间的距离来达到姿态检测的目的，此种方法大大节约了传感器的成本，同时克服了零点漂移现象，能够有效准确地对姿态进行检测。同时体积较小，甚至可以在普通的办公桌桌面上工作。

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