CN205068166U - 一种可遥控两轮直立自平衡小车 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可遥控两轮直立自平衡小车，包括前、后两块保护板、固定在后保护板内侧下端的控制模块和左、右直流电机、分别与左、右直流电机同轴连接的左轮、右轮以及测速模块；控制模块包括单片机，单片机分别连接有电源模块、无线模块、姿态检测模块、电机驱动模块以及测速模块，电机驱动模块分别与电源模块和左、右直流电机相连，测速模块与电源模块相连。该小车可以在无人干预的条件下实现直立自主平衡，能够在引入适量干扰情况下进行自主调整并恢复平衡，同时小车还能够在遥控下实时调整方向、速度等，并通过LCD屏显示当前系统参数。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人应用技术领域，具体涉及一种可遥控直立自平衡小车。
背景技术
随着当今电子科学技术的发展，各个领域对于智能化、自动化的需求越来越高，而两轮直立自平衡小车系统作为智能化、自动化发展的一大方向，同时兼具体积小、运动灵活、零转弯半径等特点，在军用和民用领域有着广泛的应用前景。
近年来，两轮自平衡小车的研究在国内外得到迅速发展，各方提出了众多解决平衡控制的方案，一些国外公司已经推出了商业化产品，如美国的Segway两轮机器人，它采用内置精密固态陀螺仪来判断车身当前姿态，通过高速中央处理器处理后驱动马达控制车身平衡。但这种方法采用先进的固态陀螺仪，成本高昂，并且整个控制系统较为复杂。
实用新型内容
本实用新型为克服现有技术的不足，开发了结构简单，采用整合性6轴运动处理组件获取车身姿态，采取卡尔曼融合滤波算法克服零点漂移的可遥控两轮直立自平衡小车。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种可遥控两轮直立自平衡小车，包括前、后两块保护板、固定在后保护板内侧下端的控制模块和左、右直流电机、分别与左、右直流电机同轴连接的左轮、右轮以及测速模块；所述控制模块包括单片机，所述单片机分别连接有电源模块、无线模块、姿态检测模块、电机驱动模块以及所述测速模块，所述电机驱动模块分别与所述电源模块和所述左、右直流电机相连，所述测速模块与所述电源模块相连。
优选的，所述前、后保护板之间由4支铜柱固定连接。
优选的，所述单片机采用TM4C123G。
优选的，所述电源模块包括互相连接的12V电源以及采用LM7805芯片的稳压模块，所述LM7805芯片的INPUT端接12V电源输入，GND端接地，输出端OUTPUT接所述单片机和所述测速模块，所述12V电源接所述电机驱动模块。
优选的，所述无线模块选用NRF24L01+无线收发模块，其SCK端口接所述单片机的SSI时钟端口，MISO端口接所述单片机SSI的SSRx端口，MISO端口接所述单片机SSI的SSTx端口，CE端口和CSN端口分别接所述单片机的I/O接口。
优选的，所述姿态检测模块采用MPU-6050整合性6轴运动处理组件，其SCL端接所述单片机的SCL端口，其SDA端接所述单片机的SDA端口。
优选的，所述电机驱动模块采用BTN7971芯片，并通过74LS244芯片与所述单片机的I/O口相连，所述BTN7971芯片的输出端分别与所述左、右直流电机相连。
工作原理：小车运行时，姿态检测模块将检测得到的数据传输至单片机进行处理，电机驱动模块接受单片机的相关信号控制左、右直流电机的转速，对小车运行方向和速度进行调节，使小车能够高速准确的自动行驶，实现自主平衡；通过无线模块与操作终端进行实时通信，将遥控终端的指令传输至单片机进行处理，单片机对接收到的数据和指令进行相应处理后，输出电机控制信号PWM波至电机驱动模块，电机驱动模块将信号进行处理之后控制左、右直流电机转动，从而实现实时操控小车的运行方向和运行速度；测速模块将车轮的转速数据传输至单片机处理以实现闭环控制。
本实用新型的有益效果：小车采用PID算法实现直立自主平衡，并且能够在有适量干扰的情况下自行调整恢复平衡，同时，在小车自主保持平衡时可以手动实时操控小车的运行方向和运行速度，并且可实时显示，具有良好的用户体验。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型控制原理图；
图3为MPU-6050姿态检测模块电路图；
图4为BTN7971电机驱动模块电路图；
图5为NRF24L01+无线收发模块电路图；
图6为LM7805稳压模块电路图。
具体实施方式
通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本实用新型的特点和优点。所提供的实施例仅是对本实用新型方法的说明，而不以任何方式限制本实用新型揭示的其余内容。
实施例1、如图1、图2所示，一种可遥控两轮直立自平衡小车，包括前、后两块保护板、固定在后保护板内侧下端的控制模块和左、右直流电机、分别与左、右直流电机同轴连接的左轮、右轮以及测速模块；所述控制模块包括单片机，所述单片机分别连接有电源模块、无线模块、姿态检测模块、电机驱动模块以及所述测速模块，所述电机驱动模块分别与所述电源模块和所述左、右直流电机相连，所述测速模块与所述电源模块相连。
如图1所示，前、后两块保护板是直立的，且通过4支铜柱固定连接，可以在误操作或者车体意外倾倒时减小对车身的损害。
如图2所示，采用的主控单片机为TI公司的TM4C123G单片机，该单片机为ARM内核单片机，主频可达到80MHz，运算速度快，能够及时的处理数据并给出控制信号。
如图3所示，姿态检测模块采用MPU-6050整合性6轴运动处理组件，使用3.3V供电，其SCL端接单片机内部集成电路的SCL接口，其SDA接单片机内部集成电路的SDA接口，单片机便可通过I2C总线采集MPU-6050的数据；计算出当前车体的姿态数据并且实时传输至单片机进行处理。
如图4所示，电机驱动模块包括左、右两个电机驱动电路，两个电机驱动电路的输入端分别与单片机连接，输出端分别与左、右直流电机电连接，电机驱动电路采用BTN7971芯片，使用直流12V供电，采用双桥驱动，并用74LS244芯片做隔离，单片机的I/O口与74LS244芯片相连，74LS244芯片的输出连接BTN7971芯片，BTN7971芯片输出端分别与左、右直流电机相连。BTN7971最大驱动电流可达到40A，对直流电机的驱动效果良好，而且该芯片响应快、加减速性能很好，使用时控制方法十分方便。
如图5所示，无线模块选用NRF24L01+无线收发器芯片，该无线收发器芯片与单片机连接，该小车还有与该无线收发器芯片配对使用的操作终端；NRF24L01+芯片使用直流3.3V到5V供电，其SCK接口接单片机的SSI时钟接口，MISO端口接单片机SSI的SSRx端口，MISO端口接单片机SSI的SSTx端口，CE端口和CSN端口分别与单片机的I/O口连接。NRF24L01+无线收发器芯片体积小并且具有极低的电流消耗，可实现高达8Mbps的通讯速率的无线数据通讯。
如图6所示，电源模块包括互相连接的12V电源以及采用LM7805芯片的稳压模块，LM7805芯片的INPUT端接12V电源输入，GND端接地，输出端OUTPUT接单片机和测速模块，12V电源接电机驱动模块，本实施例采用+12V输入，+5V输出给单片机和测速模块编码器供电。
工作流程如下：姿态检测模块与单片机的内部集成电路接口相连，便于将检测得到的数据传输至单片机进行处理；无线模块与单片机的同步串行接口相连，将遥控终端的指令传输至单片机进行处理；单片机对接收到的数据和指令进行相应处理后，输出电机控制信号PWM波至电机驱动模块，电机驱动模块与左、右直流电机相连，左、右直流电机为直流无刷电机，驱动电路将信号进行处理之后控制直流电机转动。测速模块与直流电机、左、右轮同轴连接，同时与单片机的正交编码接口相连，将左、右轮的转速数据传输至单片机处理以实现闭环控制。
本实用新型的可遥控两轮自平衡小车可在无人干预情况下实现自主平衡，也可通过NRF24L01+无线模块与操作终端进行实时通信，操作终端可通过速度调整键以及方向调整键来控制小车的运行状态，并通过LCD显示屏实时显示出小车当前速度和前进方向。
可遥控两轮自平衡小车在遭遇意外或操作不当发生倾倒的情况下会自行停止运行，并且由于保护板的保护作用，车身受到的伤害会大大减小。
小车采用PID算法实现直立自主平衡，并且能够在有适量干扰的情况下自行调整恢复平衡，同时，在小车自主保持平衡时可以手动实时操控小车的运行方向和运行速度，并且可实时显示，具有良好的用户体验。
以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。
Claims (7)
1.一种可遥控两轮直立自平衡小车，其特征在于：包括前、后两块保护板、固定在后保护板内侧下端的控制模块和左、右直流电机、分别与左、右直流电机同轴连接的左轮、右轮以及测速模块；所述控制模块包括单片机，所述单片机分别连接有电源模块、无线模块、姿态检测模块、电机驱动模块以及所述测速模块，所述电机驱动模块分别与所述电源模块和所述左、右直流电机相连，所述测速模块与所述电源模块相连。
2.根据权利要求1所述的可遥控两轮直立自平衡小车，其特征在于：所述前、后保护板之间由4支铜柱固定连接。
3.根据权利要求1所述的可遥控两轮直立自平衡小车，其特征在于：所述单片机采用TM4C123G。
4.根据权利要求1所述的可遥控两轮直立自平衡小车，其特征在于：所述电源模块包括互相连接的12V电源以及采用LM7805芯片的稳压模块，所述LM7805芯片的INPUT端接12V电源输入，GND端接地，输出端OUTPUT接所述单片机和所述测速模块，所述12V电源接所述电机驱动模块。
5.根据权利要求1或3所述的可遥控两轮直立自平衡小车，其特征在于：所述无线模块选用NRF24L01+无线收发模块，其SCK端口接所述单片机的SSI时钟端口，MISO端口接所述单片机SSI的SSRx端口，MISO端口接所述单片机SSI的SSTx端口，CE端口和CSN端口分别接所述单片机的I/O接口。
6.根据权利要求1或3所述的可遥控两轮直立自平衡小车，其特征在于：所述姿态检测模块采用MPU-6050整合性6轴运动处理组件，其SCL端接所述单片机的SCL端口，其SDA端接所述单片机的SDA端口。
7.根据权利要求1所述的可遥控两轮直立自平衡小车，其特征在于：所述电机驱动模块采用BTN7971芯片，并通过74LS244芯片与所述单片机的I/O端口相连，所述BTN7971芯片的输出端分别与所述左、右直流电机相连。
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| CN105947046A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-09-21 | 北京美思安科技有限公司 | 一种平衡车控制系统和平衡车 |
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