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1、2012年意法半导体iNEMO®校园设计大赛2012年意法半导体iNEMO®校园设计大赛项目计划书项目名称：基于两轮自平衡重力感应控制的智能车学校：哈尔滨工业大学团队名称：机械梦工场团队成员：崔金非徐志剑卢子琦原为一指导老师：侯成宇团队联系电话：18745025006团队电子邮箱：1522361146@qq.com2012年意法半导体iNEMO®校园设计大赛一、项目摘要两轮自平衡小车是移动机器人研究中的一个重要领域。两轮自平衡机器人两轮共轴、独立驱动、车身中心位于车轮轴上方，通过运动保持平衡，可直立行走。由于特殊
2、的结构，其适应地形变化能力强，运动灵活,可以胜任一些复杂环境里的工作。另一方面，从研究意义上看，自平衡小车系统是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合复杂非线性系统。近年来，两轮自平衡电动车以其行走灵活、便利、节能等特点赢得人们的青睐。本项目将利用iNEMO®传感器平台制作一个可以自行实现平衡的车体，并通过一个同样基于iNEMO®传感器平台的智能控制器来实现对它的控制。加速度传感器和陀螺仪的结合实现车体的平衡，地磁传感器和加速度传感器的结合实现对车体灵活的控制。二、项目背景1.背景简
3、介两轮自平衡车，从最开始的只是想让它立起来到现在的如何让它跑得更快，更加稳定，研究者们倾注了大量心血。毫无疑问，高度灵活与节能的两轮自平衡具有广阔的市场前景，无论是民用领域还是军事领域。一个人性化的控制器，直接关系到产品的使用灵活性和应用前景。过往的车体控制器大多是以摇杆式和按键式为主，虽然能够们满足简单的前进后退和转弯操作，但远不能说人性化。iNEMO®传感器平台拥有多方位感知功能，这就使的更人性化的控制器的制作更加具有可行性。2.主题想法我们的设计方案是将比赛所给的STEVAL-MKI109V2及STEVAL
4、-MKI124V1的功能最大化，正如上面所述，如果我们能够同时使用两个eMotionSTM32平台来完成我们的制作的话，那么毫无疑问这将会是两个iNEMO®传感器的完美结合！由于iNEMO是独一无二的具有10个自由度的MEMS传感器应用评估开发工具，评估板整合了3轴线性加速度传感器、3轴角速率传感器、3轴磁场运动传感器以及压力/高度传感器，所有的传感器均由STM3232位微控制器控制，我们用一个传感器来控制两轮车的平衡，再用一个传感器平台制作控制器通过无线控制来控制两轮车的体态。还有我们还可以在车上还可以显示当时
5、的气压和温度，这样就增加了两轮车的功能，也能使传感器平台的功能发挥到最大化。3.设计创意我们的主要创意是在两轮自平衡的平台和控制器上的iNEMO®平台完美结合，使整个系统更加人性化。一个传感器进行车体的平衡控制，一个传感器平台进行运动控制，这充分利用了iNEMO®平台的三轴线性加速度传感器、三轴角速度传感器以及三轴地磁计功能。我们的控制器是通过重力感应，地磁传感器和陀螺仪来对车体进行体态控制，多种传感器的结合使用增加了两轮车的可操作性。4．作品的实用性能2012年意法半导体iNEMO®校园设计大赛在移动机器人的应
6、用中,导航和定位是移动机器人研究的两个重要问题随着国民经济的发展,导航定位系统已经从传统的军事,航天,航海等军事领域向民用领域发展。车载导航系统发展非常迅速,在机器人自主导航,电动代步车和智能交通中得到了广泛的应用。期间经历了一个从传统导航,单一GPS导航到组合导航的发展过程。两轮自平衡机器人是一种特殊的倒立摆式的移动机器人,这种机器人两轮共轴,独立驱动,车身重心倒置于车轮轴上方,通过运动保持平衡,可直立行走.其适应地形变化能力强,运动灵活,可以胜任一些复杂环境里的工作。两轮自平衡机器人是一个集环境感知,动态决策
7、与路径规划,行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统.如何保持车体系统在空载,载人,前进,后退,旋转以及刹车等各种运动状态,各种环境下平衡及对机器人进行实时导航和定位是保证其正常工作的关键问题.两轮自平衡机器人有着相当广泛的应用前景,其典型应用包括通勤车,空间探索,战场侦察,危险品运输,排雷灭火,智能轮椅,玩具等场合.例如,将两轮小车作为小范围,短距离交通工具将更加方便,灵活,环保；智能轮椅可为残疾人提供便捷服务。三、方案实施车体直立方案2012年意法半导体iNEMO®校园设计大赛将iNEMO平台安装于车体上，通
8、过其上的加速度传感器，陀螺仪和地磁传感器来感知车体的姿态变化。将变化量传送给主控单片机，单片机通过通过计算得出数值并以PWM的形式该电机发出指令。将陀螺仪和加速度传感器的测量值减常值误差，得到角速度和加速度，并对角速度进行积分，然后对陀螺仪积分和加速度计的数值进行融合。融合分为两部分，实时融合和长期融合,实时融合每一次算法周期都要执行，而长期融合没256个检测周期执行一次
