《项目计划书——模板》由会员分享，可在线阅读，更多相关《项目计划书——模板（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2012 年意法半导体年意法半导体 iNEMO校园设计大赛校园设计大赛2012 年意法半导体年意法半导体 iNEMO 校园设计大赛校园设计大赛项目计划书项目计划书项目名称项目名称： 基于两轮自平衡重力感应控制的智能车基于两轮自平衡重力感应控制的智能车 学学 校：校： 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 团队名称团队名称： 机械梦工场机械梦工场 团队成员：团队成员： 崔金非崔金非 徐志剑徐志剑 卢子琦卢子琦 原为一原为一 指导老师：指导老师： 侯成宇侯成宇 团队联系电话团队联系电话： 18745025006 团队电子团队电子邮箱：邮箱： 2012 年意法半导体年意法半导体 iNEMO校园设计大赛校园
2、设计大赛一、一、项目摘要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
3、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、项目背景二、项目背景1.背景简介两轮自平衡车，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-MKI
4、109V2 及 STEVAL-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 eMotion STM32 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 STM32 32 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的气压和温度，这样就
5、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 年意法半导体年意法半导体 iNEMO校园设计大赛校园设计大赛在移动机器人的应用中,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
6、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
7、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、方案实施三、方案实施车体直立方案车体直立方案2012 年意法半导体年意法半导体 iNEMO校园设计大赛校园设计大赛将 iNEMO 平台安装于车体上，通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
8、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： 实时融合：实时融合： 1.将陀螺仪积分和加表滤波后的值做差。 2.按照情况对差值进行衰减，并作限幅处理。3.将衰减值加入到角度中。 长期融合：长期融合： 长期融合主要包括两个部分，一是对角速度的漂移进行估计（估计值是要在每一个控制周期都耦合到角度中的） ，二是对陀螺仪的常值误差（也就是陀螺仪中立点）进行实时的修正。 1.将陀螺仪积分的积分和加速度积分做差，为什么这里要使用加表积分和陀螺仪积
9、分的积分，因为在 256个检测周期内，有一些加速度计的值含有有害的加速度分量，如果只使用一个时刻的加表值对陀螺仪漂移进行估计，显然估计值不会准确，使用多个周期的值进行叠加后做座平均处理，可以减小随机的有害加速度对估计陀螺仪漂移过程中所锁产生的影响。2.将上面两个值进行衰减，得到估计的陀螺仪漂移。 3.对使考虑了陀螺仪漂移和不考虑陀螺仪漂移得到的角度做差，如果这两个值较大，说明陀螺仪在前段2012 年意法半导体年意法半导体 iNEMO校园设计大赛校园设计大赛时间内测到的角速率不够准确，需要对差值误差（也就是陀螺仪中立点）进行修正，修正幅度和差值有关。控制器方案控制器方案在一个固定的位置，地磁传感
10、器与磁场的夹角是一个定值。当它旋转时，这个夹角就会发生变化。 显然，这个夹角反映了传感器所转过的角度。将这个角度只通过无线设备发送给主控单片机，就可以达 到车体的旋转，让车体的视角和人的视角始终保持一致。当然，利用加速度传感器的方式也可以实现旋 转的控制，但是很明显它的一个缺点就是无法保证视角的一致。为了追求人性化的效果，我们选择地磁 传感器为主，加速度传感器为辅的方案，可以实现两者的切换。示意图如下：2012 年意法半导体年意法半导体 iNEMO校园设计大赛校园设计大赛关于车体的前进方案，我们用加速度传感器来实现，通过测量加速的传感器倾斜的角度来实现车体 的前进，后退和速度大小的控制。示意图
11、如下：2012 年意法半导体年意法半导体 iNEMO校园设计大赛校园设计大赛四、预期成果四、预期成果车体方面，单片机能够通过运用传感器所采数据实现自平衡。前进，后退，旋转不会出现晃动情况，实现车体稳定的目标。控制器方面，STM32 能够将计算所得数据通过无线方式传送给主控单片机，向单片机发出指令，实现车体的各种体态运动控制。五、可行性分析五、可行性分析两轮自平衡一直备受人们的青睐，并且正在向更加智能的方向发展。强大的 10 个自由度 iNEMO传感器平台将使这发展的更为迅速，并为更加人性化的控制器的改进减小了阻力。我们的团队曾多次参加各类电子设计比赛并取得了不错的成绩，具有丰富的电子设计经验。
12、崔金非：对电子设计和制作充满兴趣和热情，擅长单片机与程序设计，能熟练编程AVR，ARM，DSC，DSP 和 FPGA。有丰富的程序编写经验，且有很强的学习能力。徐志剑：有很强的动手意识，熟于模拟电路设计和数字电路设计，主要负责硬件平台的搭建。卢子琦：在数学和物理模型建立方面具有很强的能力，负责机械与建模。 原为一：对电子制作有浓厚的兴趣，有一定的物理和模电基础，负责机械和电路的搭建。六、工作计划六、工作计划12.07-12.0812.07-12.08 熟悉使用 iNEMO传感器平台12.08-12.09 搭建车体和控制器硬件平台12.09-12.10 完成两部分的独立调试12.10-12.1112.10-12.11 联合调试，改进不足，最终定型作品2012 年意法半导体年意法半导体 iNEMO校园设计大赛校园设计大赛七、参加本次竞赛的想法及建议七、参加本次竞赛的想法及建议通过参加本次竞赛，我们想要了解当今最前沿的电子技术的发展状况与趋势。通过自己的能力，将 最新的技术应用于实际，发挥它的最大作用。希望在日后的竞赛中主办方能提供更多的传感器供参赛队 伍选择。
