"基于视觉导航的两轮自平衡小车系统设计与实现"

自平衡小车系统设计的关键在于基于视觉导航的技术应用。该系统采用飞思卡尔十六位微处理器 XS128 作为核心控制单元，通过增加各种传感器并编写相应程序实现平衡控制、速度控制、转向控制和自主寻迹四大任务。设计过程中首先通过倒立摆动力学模型分析得到小车平衡的条件，利用陀螺仪和加速度计获取车体的倾角和角速度，通过互补滤波和 PD 控制实现小车的基本直立；随后通过光电编码器获取车子的速度、转向陀螺仪获取转向角速度，通过 PI 控制将转速控制信号与平衡控制信号叠加加载到后轮两电机上，实现小车的静止和直立行走；最后利用摄像头获取道路图像信息，进行图像预处理、提取路径中心线、获得小车的方向偏差控制量，并通过 PD 控制调节左右两轮的差速实现小车的转向和自主寻迹。 该系统的设计目的主要在于实现小车的直立行走和自主寻迹两大功能，为了达到这一目标，需要对小车进行多方面的硬件设计、软件开发以及系统调试。在硬件设计方面，借助了飞思卡尔十六位微处理器 XS128 作为核心控制单元，同时集成了陀螺仪、加速度计、光电编码器和转向陀螺仪等传感器；在软件开发方面，编写了相应的平衡控制、速度控制、转向控制和自主寻迹程序；在系统调试方面，利用串口调试上位机对系统进行实时调试，不断优化系统性能。 在实际应用中，该两轮自平衡小车系统表现出色，展现了良好的直立行走和自主寻迹能力。通过对倒立摆动力学模型的深入分析和传感器的精准测量，系统能够准确地控制小车的倾角和速度，实现了小车的基本直立；通过对车子速度和转向角速度的控制，实现了小车的静止和直立行走；通过摄像头获取道路信息并实时处理，实现了小车的自主寻迹。系统完整地运用了视觉导航技术，为小车的自主行驶提供了重要技术支持。 综上所述，基于视觉导航的两轮自平衡小车系统是一个具有实用意义和研究价值的设计项目。通过对倒立摆动力学模型的分析和传感器数据的处理，系统有效实现了小车的直立行走和自主寻迹功能。未来，可以进一步优化系统性能，提高小车的稳定性和精准度，将该系统应用于更广泛的领域，探索移动机器人技术的更多潜力。