自动避障两轮机器人的研究与实现

刘玫 左月飞 王腾光 王洪龙

摘 要：随着生活水平的提高，燃油汽车和电动汽车已经成为人们出行生活中必不可少的一部分，近年来，自动避障两轮机器人以其结构简单、转向灵活深受消费者的喜爱。

关键词：自动避障两轮机器人 自主识别

当今社会，随着人们出行对机动车需求的提升，由机动车引起的城市问题也愈演愈烈，城市交通越发拥挤，机动车乱停乱放，随之产生的环境污染也成为全球的關注重点。这就要求我们研发一种全新的可以代替传统机动车的代步交通工具，为了满足人们对新型交通工具的需求，需具备以下几点：采用绿色能源供给、转型灵活、结构轻巧、体积小、易于停车、方便操作等。自动避障两轮机器人只有两个伺服机构，所以其体积小，转向灵活，并且采用电能作为能源供给，能够实现绿色能源，无环境污染。

搭建一个能够自动识别道路故障、可控制的平衡机器人平台，应该从各种理论知识、搭建自动避障机两轮器人的数学模型，以该模型为基础实现自动避障两轮机器人的结设计和控制设计。自动避障两轮机器人系统主要包括机械结构设计、硬件电路原理分析与制作、软件算法设计。结构设计主要包括机器人的主控制器、调试接口、各种传感器、驱动部件等。在设计过程中，机械结构主要是考虑其重心位置分配以及转动惯量的大小，使得其重心尽可能低，且集中在车轴上。硬件电路系统主要包括STM32控制器电路、外围传感器接口电路、电机驱动电路的设计、人机结构和通讯接口电路，并且需要充分考虑系统的信号稳定性以及抗干扰能力。软件系统主要实现对传感器信息的提取、处理，并且完成对自动避障两轮机器人的控制以及姿势调整。编写一个自动避障两轮机器人的控制算法，然后用TSL1401光学传感器对道路信息进行采集、提取，接着通过MPU6050传感器读取两轮机器人的车体角度，最后通过不同结构的PID控制器调节伺服系统的PWM输出，从而实现对两轮机器人的自平衡控制和转向调节。

自动避障两轮机器人通过调整姿态角进行采集，然后进过PID控制实现自平衡控制。速度闭环能够实现自动避障两轮机器人速度无静差调速。通过TSL1401传感器自动识别道路信息，用寻跳边沿算法提取道路障碍边界，然后通过算法拟合出道路的中心线，最终实现自动避障两轮机器人在有障碍的道路上自主寻迹。控制其则可用电脑PC同主控CPU的通讯，然后采用异步通信方式实现遥控和自主寻迹的自由切换。

参考文献

[1] 黄永志， 陈卫东. 两轮移动机器人运动控制系统的设计与实现[J]. 机器人， 2004， 26（1）：40-44.

[2] 基于模糊控制的两轮自平衡机器人避障系统及控制方法：， CN 104216409 A[P]. 2014.

[3] 季浚涛. 两轮自平衡避障机器人[J]. 科技信息， 2013（34）：252-253.

[4] 李彤. 自动避障小车硬件设计研究[J]. 中国高新技术企业， 2017（8）：10-11.