一种具有避障功能的两轮自平衡车二级倒立摆系统的制作方法

本实用新型涉及一种具有避障功能的两轮自平衡车二级倒立摆系统。

背景技术：

二级倒立摆系统是一种对准确性和快速性都要求很高的非线性不稳定系统。它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题，是检验各种控制理论的理想模型；现有的二级倒立摆系统大多为旋转式或直线轨道式，体积较大，模型复杂，传动环节较多。基于两轮自平衡车的二级倒立摆系统也未能实现在运动过程中的有效避障，无法保证系统的稳定性和安全性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种具有避障功能的两轮自平衡车二级倒立摆系统，用以解决上述问题，在基于两轮自平衡车的二级倒立摆系统的基础上，利用超声波测距传感器模块，实现了在运动过程中的有效避障，提高了二级倒立摆系统的稳定性和安全性。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种具有避障功能的两轮自平衡车二级倒立摆系统，两个驱动轮1分别设置在支撑板Ⅰ3下板面的左右两侧，每个所述的驱动轮1均被一个驱动电机2驱动，所述的支撑板Ⅰ3与支撑板Ⅱ6之间竖直设置支架4，所述的支架4内安装电池5，所述的电池5放置在支撑板Ⅰ3的上表面，所述的支撑板Ⅱ6上安装控制板10、超声波测距模块7与角位移传感器8，所述的角位移传感器8的转轴上安装自由摆杆9。

所述的一种具有避障功能的两轮自平衡车二级倒立摆系统，所述的控制板10包括单片机U3，所述的单片机U3接收超声波测距传感器、9轴运动处理传感器、角位移传感器、电池电压检测模块、稳压模块的信号，并向OLED显示屏发送数据信号，

所述的电池电压检测模块接收电池的电压信号，所述的电池还向稳压模块传输电压信号，所述的电池向电机驱动模块提供电压，所述的单片机U3控制电机驱动模块，所述的电机驱动模块控制电机。

有益效果：

1.本实用新型的两轮自平衡车作为二级倒立摆的第一级，具有体积小，结构简单，使用灵活、方便，载重能力强的优点。

2.本实用新型的倒立摆系统的第二级采用角位移传感器与摆杆相结合的方式，此结构具有单个转动自由度，具有结构简单，安装方便，输出信号精度高，抗干扰能力强的优点。

3.本实用新型的避障功能采用超声波测距模块测量距离，具有重量轻，可靠性高，价格低廉的优点。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。

附图2是本实用新型的系统方框图。

附图3是本实用新型的模块U1的接口电路图。

附图4是本实用新型的模块U2的接口电路图。

附图5是本实用新型的单片机U3的电路图。

附图6是本实用新型的模块U4的接口电路图。

附图7是本实用新型的模块U5的接口电路图。

附图8是本实用新型的模块U6的接口电路图。

附图9是本实用新型的模块U7的接口电路图。

附图10是本实用新型的模块U8的接口电路图。

附图11是本实用新型的电机连接电路图。

具体实施方式：

实施例1

一种具有避障功能的两轮自平衡车二级倒立摆系统，两个驱动轮1分别设置在支撑板Ⅰ3下板面的左右两侧，每个所述的驱动轮1均被一个驱动电机2驱动，所述的支撑板Ⅰ3与支撑板Ⅱ6之间竖直设置支架4，所述的支架4内安装电池5，所述的电池5放置在支撑板Ⅰ3的上表面，所述的支撑板Ⅱ6上安装控制板10、超声波测距模块7与角位移传感器8，所述的角位移传感器8的转轴上安装自由摆杆9。

所述的一种具有避障功能的两轮自平衡车二级倒立摆系统，所述的控制板10包括单片机U3，所述的单片机U3接收超声波测距传感器、9轴运动处理传感器、角位移传感器、电池电压检测模块、稳压模块的信号，并向OLED显示屏发送数据信号。

所述的电池电压检测模块接收电池的电压信号，所述的电池还向稳压模块传输电压信号，所述的电池向电机驱动模块提供电压，所述的单片机U3控制电机驱动模块，所述的电机驱动模块控制电机。

所述的一种具有避障功能的两轮自平衡车二级倒立摆系统，所述的单片机U3的1号端连接工作电压3V3，

所述的单片机U3的5号端连接外部晶振Y1的一端与电容C9的一端，

所述的单片机U3的6号端连接外部晶振Y1的另一端与电容C10的一端，所述的电容C9的另一端连接电容C10的另一端后接地，

所述的单片机U3的9号端连接工作电压3V3与电容C5的一端，所述的电容C5的另一端接地，

所述的单片机U3的13号端连接模块U4的3号端，

所述的单片机U3的16号端连接模块U5的3号端，

所述的单片机U3的18号端连接模块U1的3号端，

所述的单片机U3的19号端连接模块U1的2号端，

所述的单片机U3的23号端接地，

所述的单片机U3的24号端连接工作电压3V3与电容C2的一端，所述的电容C2的另一端接地，

所述的单片机U3的25号端连接模块U7的11号端，

所述的单片机U3的26号端连接模块U7的12号端，

所述的单片机U3的27号端连接模块U7的14号端，

所述的单片机U3的28号端连接模块U7的15号端，

所述的单片机U3的29号端连接模块U7的16号端，

所述的单片机U3的32号端连接模块U7的10号端，

所述的单片机U3的33号端连接模块U2的8号端，

所述的单片机U3的35号端接地，

所述的单片机U3的36号端连接工作电压3V3与电容C1的一端，所述的电容C1的另一端接地，

所述的单片机U3的38号端连接模块U8的6号端，

所述的单片机U3的39号端连接模块U8的5号端，

所述的单片机U3的40号端连接模块U8的4号端，

所述的单片机U3的41号端连接模块U8的3号端，

所述的单片机U3的45号端连接模块U2的3号端，

所述的单片机U3的46号端连接模块U2的4号端，

所述的单片机U3的47号端接地，

所述的单片机U3的48号端连接工作电压3V3与电容C3的一端，所述的电容C3的另一端接地。

所述的一种具有避障功能的两轮自平衡车二级倒立摆系统，所述的模块U1的1号端连接工作电压5V，所述的模块U1的4号端接地，

所述的模块U2的1号端连接电容C4的一端，所述的模块U2的2号端连接电容C4的另一端与接地端，

所述的模块U4的2号端连接工作电压3V3与电容C6的一端，所述的模块U4的1号端连接电容C6的另一端与接地端，

所述的一种具有避障功能的两轮自平衡车二级倒立摆系统，所述的模块U5的1号端连接工作电压12V，所述的模块U5的2号端接地，所述的模块U5的4号端接地，

所述的工作电压12V还连接模块U6的4号端，连接模块U6的5号端与模块U6的6号端，所述的模块U6的1号端连接模块U6的2号端与模块U6的3号端后接地，所述的模块U6的7号端连接模块U6的8号端后连接工作电压5V，所述的模块U6的9号端连接模块U6的10号端后接地。

所述的一种具有避障功能的两轮自平衡车二级倒立摆系统，所述的模块U7的1号端串联电容C12后接地，所述的模块U7的2号端连接工作电压5V，所述的模块U7的3号端接地，所述的模块U7的4号端连接电机M1的1号端，所述的模块U7的5号端连接电机M1的2号端，所述的模块U7的6号端连接电机M2的1号端，所述的模块U7的7号端连接电机M2的2号端，所述的模块U7的8号端接地，所述的模块U7的13号端连接工作电压5V，所述的模块U7的9号端接地。

所述的一种具有避障功能的两轮自平衡车二级倒立摆系统，所述的模块U8的1号端接地，所述的模块U8的2号端连接工作电压3V3。

单片机U3的型号为STM32F103C8T6芯片。

传感器部分：U1、U2、U4分别为超声波测距模块、9轴运动处理传感器模块和角位移传感器模块。

电源部分：U5、U6分别为电池电压检测模块和稳压模块。

执行部分：U7、M1、M2分别为电机驱动模块、电机1、电机2。

显示部分：U8 的3、4、5、6脚分别接MCU的41、40、39、38脚，用来实时显示测量数据。

在自动平衡控制系统中，主控模块通过9轴运动处理传感器获得两轮车的姿态信息，通过角位移传感器获得自由摆杆的偏移角度，进而对采集到的信息进行分析和处理，获得电机驱动信号。将该信号发送给电机驱动模块，电机驱动模块产生电机驱动电流，驱动左右电机转动，用以改变当前两轮车及自由摆杆状态。

与此同时，在自动避障控制系统中，超声波测距传感器定时测量障碍物与其之间的距离，并将得到的距离数据实时发送给主控模块。主控模块接收到距离数据后，对其进行分析和处理，确定相应的自动避障模式，并据此产生相应的电机控制驱动信号，发送给电机驱动模块，产生相应的电机驱动电流，驱动电机运动，产生相应动作，实现系统的避障控制。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。