阮曉鋼，劉　航，武衛霞
北京工業大學電子信息與控制工程學院，北京　

摘　　　要：為了驗證紅外傳感器作為姿態檢測的可行性，又能滿足經濟性要求，設計了一種基于紅外傳感器的兩輪桌面式小型機器人ＷｉｌｌＢｏｔ�并颍�此機器人通過紅外傳感器檢測與地面之間的距離來達到姿態檢測的目的，此種方法大大節約了傳感器的成本，同時克服了零點漂移現象，能夠有效準確地對姿態進行檢測。首先介紹了機器人的系統構成，包括機械結構部分、電氣結構部分和控制部分。使用牛頓力學方法對機器人進行了動力學建模，在建模過程中充分考慮系統中可能存在的不確定性及噪聲，之后對機器人的數學模型進行了線性化處理，并建立了狀態空間方程。用ＬＱＲ方法對機器人分別進行了系統仿真和實物的控制，仿真結果和實物控制結果證明了機器人物理系統和控制方法的合理性與有效性。

關　鍵　詞：兩輪機器人；桌面機器人；紅外傳感器

１　引　言
兩輪自平衡機器人是在伴隨著當今對移動式機器人不斷的深入研究的趨勢下出現的新型機器人，輪式機器人具有成本低、機構和控制算法簡單、能高速穩定的移動、動力利用率高，同時能夠自學習，同過自強化學習來學會之前不能完成的任務。這種機器人較大的特點就是能夠自平衡，擴展了他適應的環境變化的能力［１］，同時，可以進行加速或者是減速以及實現原地回轉和任意半徑轉向，移動軌跡更為靈活易變，大大彌補了傳統三輪或四輪轉向不足的缺點。目前在美國的商品化兩輪代步機器人Ｓｅｇｗａｙ［２］以內置的精密固態陀螺儀來判斷車身所處的姿勢狀態，透過精密且高速的中央微處理器計算出適當的指令后，驅動馬達來做到平衡的效果。但是這種方法由于采用先進的固態陀螺儀，所以成本比較高，不能得到普及。傳統的兩輪自平衡機器人的姿態檢測系統多采用傾角儀，加速度計和陀螺儀三者相結合的方式達到測量目的，這種方法成本較高，而且像陀螺儀、傾角儀等器件容易受到溫度的影響，產生零點漂移。本文設計并實現了一種基于紅外傳感器作為姿態檢測的兩輪自平衡機器人，此機器人通過紅外傳感器檢測與地面之間的距離來達到姿態檢測的目的，此種方法大大節約了傳感器的成本，同時克服了零點漂移現象，能夠有效準確地對姿態進行檢測。同時體積較小，甚至可以在普通的辦公桌桌面上工作。

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