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1、自平衡独轮机器人调查报告HITEE报告人：姚文昊2018/8/17哈尔滨工业大学 运动控制实验壹 背景及意义贰 发展状况叁 控制原理肆 陀螺仪介绍伍 启 示主要内容Date哈尔滨工业大学 运动控制实验背景及意义Date哈尔滨工业大学 运动控制实验姓 名：村田婉童 村田女孩英文名：muratagirl身 高：50cm体 重：5kg速 度：2cm/s生 日：2008年9月23日籍 贯：日本滋贺县亲 友：表哥 村田顽童本 领：前进 后退 跟随背景及意义村田婉童 简介Date哈尔滨工业大学 运动控制实验背景及意义村田顽童 BEST INVENTION 2006过S型独木桥上坡 倒车入库等Date哈尔滨
2、工业大学 运动控制实验背景及意义村田制作所 简介成 立：1950年12月23日(创业于1944年10月) 资 本 金：693亿7千6百万日元(2008年3月31日统计) 代 表 者：村田恒夫 营 业 额：6316亿5千5百万日元 生产品种：独石陶瓷电容器、陶瓷滤波器、陶瓷振荡子表面波滤波器、多层设备、近距离无线通信组件 (包括Blue tooth组件)、介质陶瓷滤波器、隔离器、电路组件、电源、EMI静噪滤波器 、 线圈 、传感器、热敏电阻器、半固定可变电阻器、网络电阻、高压电阻器等 Date哈尔滨工业大学 运动控制实验背景及意义电容线圈传感器振荡子滤波器电源球形扬声器 电阻 产品展示Date哈
3、尔滨工业大学 运动控制实验研究意义背景及意义电子器件应用机械和控制领域非线性系统、欠驱动欠约束 系统的控制展现了微电子技术在现实生 活中应用的可能性，给工程人员 以更为广阔的空间Date哈尔滨工业大学 运动控制实验广告宣传引导教育有力的增强了企业知名度 ，为产品赢得了广阔的市场空 间，显示企业强大的科研能力 。缓解日本社会儿童偏科严 重的现象，得到很多孩子的喜 爱。这也是“村田婉童”计划启 动的初衷。背景及意义Date哈尔滨工业大学 运动控制实验背景及意义Date哈尔滨工业大学 运动控制实验发展状况日 本香港YangshengXu设计了 一种基于陀螺仪稳定的独轮车 机器人香 港日本Zaiqua
4、nSheng通过模 仿人骑独轮车的技巧，设计了一 种仿人机器人实现独轮车在三维 空间中的姿态稳定 Date哈尔滨工业大学 运动控制实验发展状况美 国Focus Design于今年刚刚推出的 SBU型似单轮脚踏车，它利用与 Segway 相同的平衡原理，内部放置 水平与垂直陀螺仪，可通过身体重心 进行左右、前后的控制，来作前进、 停止和转弯等动作。SBU的极速约 12.8km/h，每充一次电可行驶约19.2 公里或1.5小时而且重量仅为12.4公斤 。价格约1500美元，被媒体称为 Segway杀手。Date哈尔滨工业大学 运动控制实验发展状况国 内北京机械工业学院 金志勇 独轮机器人的非完整运
5、动规划研究北京邮电大学 郭磊 自行车机器人非线性系统中若干问题的研究研究机构和相关文章都较少。以上两篇文 章均给出了独轮车的数学模型和控制器设计方 案，但都只停留在理论工作上，硬件实现还有 待研究和发展。Date哈尔滨工业大学 运动控制实验控制原理前后平衡控制“村田婉童”的前后平衡控制原理与直线倒立摆相同。 内置电机通过齿轮组的转向和传递驱动轮子运转。启动问题普通电动车 直接驱动电机驱动Segway 驾乘者身体前倾机器人的控制主要是平衡控制，而平衡控制主要分为前后 与左右两个方向。Date哈尔滨工业大学 运动控制实验控制原理解决方案“村田婉童”接到启动信号后对电机施加一个与运动方向 相反电压脉
6、冲，并短时间关断平衡控制器，这时机体前倾为 机器人启动提供初始条件。Date哈尔滨工业大学 运动控制实验控制原理左右平衡控制传统方案仿人式应用陀螺原理可完成三维运动结构、控制复杂结构简单易实现被动无控制Date哈尔滨工业大学 运动控制实验控制原理陀螺原理旋转体上各质点绕一轴旋转，垂直于此 轴上的各点在平面内力矩平衡，因此各点有 保持在该平面内运动的趋势，这个轴也就有 保持在原位的趋势，这就是陀螺原理。陀螺旋转越快，稳定趋势越强。自行 车也是应用了这一原理，只不过自行车做的 是直线运动。Date哈尔滨工业大学 运动控制实验控制原理村田兄妹控制原理为保持左右平衡，机器人体内的陀螺仪检测出角速度和位
7、置倾 角并传给控制器，控制器通过旋转胸前的惯性轮达到平衡。这个惯性轮与陀螺不同的是其轴为水平放置而非垂直状态，因 而它运用的也并非传统意义上的陀螺原理。当机体向右倾斜，惯性 轮向右旋转，由角动量守恒 原理会对机体产生一个反冲 力使其向左运动达到平衡Date哈尔滨工业大学 运动控制实验陀螺仪介绍根据陀螺原理（旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响 时，是不会改变的）制造的角度检测装置叫做陀螺仪。陀螺仪在工 作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万 转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并 自动将数据信号传给控制系统。 陀螺仪原理压电陀螺仪 微机械陀螺仪 光纤
8、陀螺仪 激光陀螺仪 陀螺仪分类Date哈尔滨工业大学 运动控制实验陀螺仪介绍MEV-50A-R 电源电压 (Vdc)5+/-0.25稳态输 出(Vdc)2.5+/-0.3最大角速度(deg./sec.)+/-70反应(Hz)50动作温度范围()40 85重量(最大)(g)1.5标度因数(mV/deg）25Date哈尔滨工业大学 运动控制实验陀螺仪介绍MEMS简介MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是微机电系统的缩写。MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处 理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技 术的最新成果的基础
9、上发展起来的高科技前沿学科。尺寸小，最大的不超过一个厘米，甚至仅仅为几个微米。采用以 硅为主的材料，电气特性优良。采用与集成电路（IC）类似的生成技 术，可进行大批量、低成本生产，使性价比大幅度提高。我国供应商主要有：上海微系统所、沈阳仪表所、电子部13研究 所、北京微电子所等。 压力传感器 加速度计静电驱动斜 微镜阵列 微光学器件 生物医学Date哈尔滨工业大学 运动控制实验启示1、它山之石可以攻玉，学科交叉成为解决问题的重要途径。 2、电子器件的发展趋势是小型化、多功能化。 3、我国电子器件研发和生产仍十分薄弱。 4、三维运动控制仍需要更多的努力。 5、由被动到主动的营销策略Date哈尔滨工业大学 运动控制实验
