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毕业设计-两轮自平衡轮式移动机器人整体设计，共85页，29580字，附程序、外文翻译等
摘要
两轮自平衡机器人作为一种本征不稳定轮式移动机器人，具有多变量、非线性、强耦合和参数不确定等特点，这使得它成为验证各种控制算法的理想平台。同时它运动灵活、结构简单，适于在狭小的空间工作，有着广泛的应用前景。两轮自平衡机器人能够完成多轮机器人无法完成的复杂运动及操作，特别适用于工作环境变化大、任务复杂的场合。开展两轮自平衡机器人的研究对于提高我国在该领域的科研水平、扩展机器人的应用背景等具有重要的理论及现实意义。
由于机器人的结构对于自平衡及运动控制具有重要的影响，因此本文研制了一种质量均布式两轮自平衡机器人，该机器人运动灵活、抗干扰能力强。通过分析两轮自平衡机器人的运动规律，采用PID控制算法设计了机器人PID控制器，实现了机器人的动态自平衡，提高了抗干扰能力，并通过实验验证了算法在自平衡、抗干扰和调整时间上的优势。
关键词: 两轮自平衡机器人；PID；机器人

目录
0 前言 1
1 绪论 2
1.1 课题研究背景 2
1.2 机器人的研究现状 3
1.2.1 轮式机器人的研究现状 3
1.2.2 微型机器人的研究现状 5
1.3 微处理器 6
1.3.1 微处理器的发展 6
1.3.2 主流微控制器种类 6
1.3.3 微控制器的应用 7
1.4 机器人的控制 7
1.4.1 模糊控制 7
1.4.2 神经网络控制 7
1.4.3 PID控制 8
1.5 本文研究内容 8
1.6 本章小结 9
2 两轮自平衡机器人整体设计 10
2.1 引言 10
2.2 机器人硬件电路的设计及实现 10
2.2.1 总体设计要求 10
2.2.2 硬件系统的搭建 10
2.2.3 主控制器模块 12
2.2.4 倾角传感器模块 13
2.3 机器人机械结构的设计 14
2.3.1 设计要求 14
2.3.2 结构设计 14
2.4 本章小结 17
3 主控制器设计与调试 18
3.1 中颖SH88F2051单片机 18
3.1.1 SH88F2051的结构 18
3.1.2 性能及参数 19
3.1.3 SH88F2051软件环境 20
3.2 SH88F2051单片机开发板的调试 21
3.2.1 I/O口 21
3.2.2 定时、计数器 22
3.2.3 脉冲宽度调制（PWM） 22
3.2.4 A/D转换 25
3.2.5 软件调试 29
3.3 本章小结 31
4 轮式自平衡机器人模块设计 32
4.1 引言 32
4.2 传感器模块设计 32
4.2.1 MMA7361L传感器 32
4.2.2 ENC-03M陀螺仪 34
4.3 电机驱动系统的设计 36
4.3.1 直流电机及电机驱动方法 36
4.3.2 电机驱动电路的设计与实现 37
4.4 本章小结 40
5 轮式机器人控制算法的设计与系统实现 41
5.1 PID控制算法的基本原理 41
5.2 PD算法设计与实现 43
5.3 系统的硬件工作流程 44
5.4 遇到问题及解决方案 47
5.5 本章小结 47
6 技术经济分析 48
7 结论 49
致谢 50
参考文献 51
附录A 程序 52
附录B 译文 60
附录C 外文文献 67

本课题旨在研发一款两轮自平衡机器人，进行其结构的设计、硬件系统、及相关软件系统的设计。
其中重点研究以下几个方面内容：
1）根据机器人硬件电路，选择架构方式，并进行搭建。
2）调试主控制器SH88F2051开发板：主要进行基于开发板I/O口、定时/计数器及A/D转换3部分的应用设计与调试，用以完成设计要求。
3）调试传感器芯片ENC-03M陀螺仪和MMA7361L加速度计，并结合主控制器进行数据读入和计算的调试。
4）调试电机驱动电路:设计并调试基于电机驱动芯片L293D的电机驱动电路，并完成主控制器通过输出PWM波控制电机的调试。
5）机器人控制算法与系统联调。
最终，应完成两轮自平衡机器人实物以及平衡控制。