基于视觉自主导航的自平衡车设计与实现

《基于视觉自主导航的自平衡车设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、工程硕士学位论文基于视觉自主导航的自平衡车设计与实现作者姓名孙传开工程领域控制工程校内指导教师罗飞教授校外指导教师周力尤高级工程师所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2015年12月Two-wheeledCarSystemDesignandImplementationBasedonVisionAutonomousNavigationADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：SunChuanKaiSupervisor：Prof.LuoFeiSouthChinaUniversityofTechnology

2、Guangzhou，China分类号：TP242.6学校代号：10561学号：201321012844华南理工大学硕士学位论文基于视觉自主导航的自平衡车设计与实现作者姓名：孙传开指导教师姓名、职称：罗飞教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：控制工程论文形式：□产品研发□工程设计□√应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：智能控制与信号处理论文提交日期：2015年12月日论文答辩日期：2016年3月19日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：王正询/委员：罗飞、王聪、许玉格、吴玉香/I摘要自平衡车是当前机器人研究领域的一个热点，它由

3、两个在同一轴线上的轮子组成，是类似倒立摆的一种非线性、自然不稳定的系统。现有的自平衡车大多采用加速度计和陀螺仪获得车体的姿态信息，再根据姿态信息控制电机前、后转动，从而保持小车的平衡状态。为了进一步提高自平衡车的智能水平，结合机器视觉的研究成果，开发具有视觉自主导航功能的自平衡车具有重要的现实意义。本设计完成了具有视觉自主导航功能的自平衡车的两个关键技术难点：平衡车的精准直立控制和视觉自主导航。在平衡车直立控制的实现中，本文采用卡尔曼滤波器和PID控制算法，减小加速度计的高频干扰和陀螺仪的低频误差，提高电机对误差的响应速度和控制精度，保证良好的直立控制效果。在视觉自

4、主导航功能的实现中，本文采用了图像去噪、图像二值化、图像提取等方法，对视频采集信号进行处理，获得准确的道路信息，保证了基于视觉的自主导航。为了进一步实现自平衡车的功能，本设计采用单片机MC9S12XS128作为控制器，结合陀螺仪ENC-03、三轴加速度计MMA7260、摄像头OV7620，设计了一个体积小、运行稳定、可在特定道路上自主导航的两轮自平衡车，并完成了软件编写与调试。实验测试结果表明本文所提出的自主导航平衡车设计方案是可行的，具有一定的推广应用价值。关键词：自平衡车；自主导航；卡尔曼滤波器；控制算法IIAbstractTwo-wheeledCaristhe

5、currenthotfieldofroboticsresearch.Ithastwowheelswhichisonthesameaxis.Two-wheeledcarissimilarbalancependulumwhichisanonlinearnaturallyunstablesystem.Usingaccelerationsensorandgyrosensortogettwo-wheeledCar’sbodytiltinformation,thenthecontrollerwillprocesstheinformationandconverteditintov

6、oltageofthemotortomakethecarbalance.Inordertofurtherimprovethelevelofself-balancingcarintelligence,Combinedwithmachinevisionresearchresultstodesignaself-balancingcarwhichwithautonomousnavigationhasimportantsignificance.Thedesignoftwo-wheeledcarsystemwhichwithautonomousnavigationhastwok

7、eytechnicaldifficulties:theprecisecontroloftwo-wheeledcarandautonomousnavigation.Inthispaper,Kalmanfilteringbeusedtoreduceaccelerometer’shigh-frequencyinterferenceandgyroscope’slowfrequencyerror.PIDcontrolalgorithmbeusedtoimprovemotorresponsespeedandcontrolaccuracytoensuregoodcontrol