摘要：两轮自平衡小车是一个高度不稳定两轮机器人，是一种多变量、非线性、强耦合的系统，是检验各种控制方法控制能力的典型装置。两轮自平衡小车作为倒置系统的一种形式，是动力学理论和自动控制理论与技术相结合的研究项目，为科学理论的发展起到了指导作用，是移动机器人中的一个重要领域。本文主要研究了两轮自平衡小车的系统组成 ， 建立了两轮自平衡小车的运动数学模型 。研究了航姿参考系统 ChR-6dm 芯片的使用，通过使用 RS232 串口编程来实现该芯片与计算机的通讯来获得小车的姿态参数。研究了卡尔曼滤波，应用卡尔曼滤波算法对通过 ChR-6dm 芯片获得的小车姿态参数进行方向估计。9886
关键词 两轮自平衡小车 数学建模 卡尔曼滤波 航姿参考系统Title Title Title Title The Mathematical Modeling and Simulation Self-balancing
Two-wheeled Vehicle
Abstract Abstract Abstract Abstract
The self-balancing two-wheeled vehicle is a highly unstable two-wheeled
robots,Which is a mutil-variables ,nonlinear,stong coupling system.It is
a typical device which test the capacity of a variety of control menthods.
The self-balancing two-wheeled vehicle is a class of inverted systems.
It is combins Kinetic theory and automatic control theory ,which plays a
guiding role in the development of scientific theory .It is an import area
of mobile robot.We reaches how to build the self-balancing two-wheeled
vehicle,create the motion mathematical model of the self-balancing
two-wheeled vehicle in this paper. We study how to use a ChR-6dm and make
a computer communiate with a ChR-6dm by the RS232.So we can get the
attitude parameters of self-balancing two-wheeled vehicle.We research the
EKF and estimate the orientation of the self-balancing two-wheeled
vehicle.
Key words a self-balancing two-wheeled vehicle m athematical modeling
EKF AHRS目 次
引言 1
1 两轮自平衡小车的起源和发展及目前国内外的发展情况 1
.11 两轮自平衡小车的起源和发展 1
.12 两轮自平衡小车在国外的发展 1
.13 两轮自平衡小车在国内的发展 3
. 2 两轮自平衡小车的研究意义 3
. 3 本文所做的主要工作 4
两轮自平衡小车的传感器单元 4
.1 ChR-6dm 的说明及使用 5
. 1 . 2 C h R - 6 d m 使用 5
. 2 小结 8
扩展卡尔曼滤波器 8
. 1 方 向的参数化表示 8
. 2 扩展卡尔曼滤波算法的简介 9
.3 基于扩展卡尔曼滤波的欧拉角 15
. 4 问题的提出和解决法案 1 7
应用传感器芯片 ChR-6dm 对小车的姿态进行观测 19
结论 23
致谢 23
参考文献 241 1 1 1 引言引言引言引言
本章主要介绍了两轮自平衡小车的起源和发展，简要的阐述了两轮自平衡小车
目前在国内外的发展情况 ， 说明了两轮自平衡小车的研究意义 。 本章最后提出了本论
文主要研究的内容和所做的主要工作。
1 1 1 1 ． ． ． ． 1 1 1 1 两轮自平衡小车的起源和发展及目前国内外的发展情况 两轮自平衡小车的起源和发展及目前国内外的发展情况 两轮自平衡小车的起源和发展及目前国内外的发展情况 两轮自平衡小车的起源和发展及目前国内外的发展情况
1.1.1 两轮自平衡小车的起源和发展
机器人技术是一种面向未来的现代化技术 ， 也是一项涉及材料学科 、 计算机技术 、
控制技术 、 通讯技术 、 传感技术 、 微电子技术 、 通讯技术 、 人工智能技术 、 数学方法 两轮自平衡小车姿态参数检测及实验研究:http://www.751com.cn/jisuanji/lunwen_8767.html