卡尔曼滤波估计小车姿态文献综述

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1、宁波大学**学院本科毕业设计（论文）　宁波大学本科毕业设计(论文)文献综述课题名称基于卡尔曼滤波的直立小车姿态估计指导教师蓝挺学院理工学院专业电气工程及其自动化班级12自动化1班学生姓名孙明华学号124173226开题日期要求：一、说明材料来源情况；二、对课题的研究历史、研究现状等进行准确的分析与归纳并作出简要评述；三、表达自己的观点与主张，阐述该课题的发展动向和趋势；四、字数要求2000字以上，可另附纸。基于卡尔曼滤波的直立小车姿态估计一、材料来源情况我的课题是《基于卡尔曼滤波的直立小车姿态估计》，参考文献主要是期刊文章，学位论文,百度学术等。而且这些材料的内容是关于卡尔曼滤波、

2、加速度计与陀螺仪、姿态估计、matlab中的卡尔曼滤波等内容，与本次课题有关。这些材料主要通过中国知网、Elsevier、道客巴巴等数据库搜索获得。摘要：本课题的主要目标是根据利用卡尔曼滤波对直立小车采集到的加速度计和陀螺仪传感器的输出信息进行数据融合，估计真实的姿态。学习和了解卡尔曼滤波器，加速度计和陀螺仪传感器的工作原理和方式；设计合适的卡尔曼滤波算法。了解其他滤波和传感器的工作原理，并展望车辆姿态估计的发展趋势。二、研究背景近年来，两轮自平衡小车的研究开始在美国、日本、瑞士等国得到迅速的发展。建立了多个实验原机型，提出来众多解决平衡控制的方案，并对原机型的自动平衡性能与运动特

3、性进行了验证。通过对两轮自平衡系统的改造，可快速方便的应用到众多环境中去，如承载、运输、代步等。这其中蕴藏着巨大的商机，相应有些国外公司现在已经推出了商业化产品，并且已经投放到了市场。两轮自平衡小车是移动机器人研究中的一个重要领域[1]。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,5宁波大学**学院本科毕业设计（论文）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和传统的轮式移动机器

4、人相比较两轮自平衡小车有着以下的几个优点：（1）能够实现在原地回转和任意半径的转向，有更加灵活易变的移动轨迹很好地弥补了传统多轮布局的缺点；（2）具有占地面积小的优点，能够在场地面积很小或者要求灵活运输的场合上使用；（3）车的结构上有很大的简化，可以把车做的更轻更小；（4）有着较小的驱动功率，能够让电池长时间供电，为环保型轻车提供了一种新的概念；（5)机器人的平衡是个动态过程；机器人在平衡点附近不停地变化进行调节以保持平衡；（6)重心的高度对小车运动和硬件设计的限制小。多轮(三轮或以上)移动小车虽然可以稳定地平衡，可是重心过高则小车启动或急停时，有倾倒的危险。因此重心必须要求很低，

5、设计时总是拉大小车的水平截面积，降低高度。这样会造成小车体积变大，质量增加，某些功能会受到限制。两轮自平衡移动小车却无这方面的约束，重心的高低引起的不平衡已经通过动态平衡原理解决。因此重心的高低无严格限制，节省占地面积，可用在场地面积较小或要求灵活运输的场合；（7) 驱动功率较小，为电池长时间供电提供了可能，为环保轻型车提供了一种新的思路。鉴于这些特点，两轮自平衡小车有着相当广泛的应用前景两轮自平衡代步车作为一种新型轻便的交通工具,具有运动灵活、结构简单、自平衡控制的特点[2]。代步车在运动过程中需要不断地对车体的运动速度、角度等姿态信息进行及时准确的采集与估计,以实现车体的运动规

6、划调整和动态平衡控制。二、国内外研究现状及发展两轮自平衡小车自问世以来，迅速成为研究各种控制理论的理想平台，具有重大的理论意义，这要归功于她不稳定的动态性能和系统所具有的非线性,作为一种新型轻便的交通工具,具有运动灵活、结构简单、自平衡控制的特点[3]。早在15宁波大学**学院本科毕业设计（论文）986年，日本电通大学教授山藤高桥最先提出了两轮自平衡机器人的概念，并制造了一个在导轨上的两轮倒立摆机器人。这个基本的概念就是用数字处理器来侦测平衡的改变，然后以平行的双轮来保持机器的平稳。这款被山藤高桥称为平行自行车的机器人开创了两轮自平衡机器人研究的先河。美国SegwayLLC公司开发

7、的SegwayHT两轮平台电动车把人们从传统的“三点平衡”和以低重心、大商稳的底盘设计来避免倾斜的束缚中解脱出来，通过检测车体的角度和角述度．用适当的回复转矩来避免倾刳摔倒。系统利用5个惯性比率传感器(陀螺仪)、2个倾角侍感器、电机编码器和一世光学脚垫传感嚣把系统的的状态提供给了控制器，控制器经过运算确定输入给电机的能量大小。近十年来，两轮自平衡机器人引起同外许多研究机构和机器人爱好者极大关注，各种基于不同目的、不同设计方案和控制策略的自平衡系统相继而生[4]。在这方