3.2  基于MATLAB的仿真 14

4  PID控制器的设计 16

4.1  PID控制简介 16

4.2  专家PID控制 17

4.2.1  建立性能指标 17

4.2.2  特征识别 17

4.2.3  知识库的构建 17

4.2.4  逻辑推理机 18

4.3  专家PID控制器设计 18

5  智能两轮平衡小车系统的软件设计 20

5.1  菜单程序 20

5.2  直立控制程序 21

5.3  电机驱动程序 24

5.4  路径识别方向控制程序 24

5.5  蓝牙遥控程序 28

6  智能两轮平衡小车系统基本调试 30

6.1  系统的安装及配置 30

6.2  系统的运行调试 30

7  总结与展望 31

致谢 32

参考文献 33

附录 34

1  绪论

1.1  智能两轮平衡小车技术概述

1.1.1  智能两轮平衡小车技术发展背景及意义

近年来，随着机器人技术的发展，对其研究的不断深入，机器人的应用领域也在不断扩展，随之也带来了一些问题，机器人要面临的环境也变得越来越复杂。在复杂多变的环境下如何让机器人依然能够灵活、快速的完成任务，成为了许多研究学者关注的问题，智能两轮平衡机器人就是在这样的背景下被提出来的。两轮自平衡机器人是一重汇集了动态判断和运算、环境检测与识别、运动控制等多种功能于一体的智能电子系统，是综合了各种控制算法（PID等）、环境检测感知以及路径规划、决策等前沿学术热点的综合智能体。其中涉及了计算机数据处理、运动学、信息编码和处理、人工智能控制算法、机械设计制造等多种学科前沿知识。其关键是解决了在完成自平衡的同时，还能够完美适应各种复杂多变环境下的控制任务。两轮自平衡机器人通过通用外置的测速传感器、陀螺仪、加速度计、倾角传感器、超声波传感器、红外光电对管、防碰撞开关等模块，可以实现路径规划、自动引导和自主躲避障碍等多种复杂的功能。此外，还可以把GPS模块和惯性导航设备等也安装到机器人上面实现多个设备组合导航，提高了导航精度。由于这种自平衡机器人其可操作性强、控制方便，受到世界各个国家科学家的重视，在科研领域存在着重要的应用价值，具有较高的学术研究意。正是因为具有了这么多优点，两轮自平衡机器人经过了机械设计重新改造就可以制作成各种不同的机器人平台，可以根据用户的需求更换不同设备，具有广阔的应用前景。比如可以改装用来做代步工具，方便人们的出行。

目前，常见的智能两轮平衡机器人两轮共轴形式的：车身的重心是处在车轮轴正上方的,通过电机前后运动保持车身的平衡，可以直立运动，因为特别的结构设计，它对于地形的变化有着很强的适应能力，转向很灵活，运动性能好，能够在比较复杂的环境里面平稳的工作。和传统的轮式移动机器人相比较，两轮自平衡机器人有着以下的几个优点：（1）转向灵活，由于两轮共轴，能够实现在原地回转和任意半径的转变方向，有着更加灵活易变的运动轨迹，很好地弥补了传统多轮车布局的缺点；（2）具有使用空间占地面积小的优点，它能够在一片面积很小的场地或者要求灵活转向运输的场合上运用；（3）车体的机械结构上面有了很大的筒化，可以把机器人做得更轻便更小型化；（4）机器人驱动功率比较小，一块稍微大点的电池就可以时间的供电，为环保轻型电动车提供了一种新的设计概念。[1]