共享單車作為一種新興的交通出行方式,促進了城市交通運行的高效微循環(huán),對緩解城市車輛擁堵成效顯著,但由于其功能技術(shù)限制,在一定程度上增加了管理難度。為進一步提升共享單車的性能并改進其現(xiàn)有缺陷,本文基于陀螺效應倒立擺及其自行車平衡系統(tǒng),利用陀螺儀裝置的進動效應,設(shè)計自行車平衡控制系統(tǒng),使自行車在無人靜、動狀態(tài)下穩(wěn)定站立,并具有很強的抗干擾能力;結(jié)合圖像識別、定位與無線控制等技術(shù),實現(xiàn)共享單車無人駕駛和智能存取。主要研究內(nèi)容如下:（1）根據(jù)自行車的結(jié)構(gòu)特征與陀螺儀的平衡原理及運動學分析,借助于慣性力矩與陀螺儀的進動效應,構(gòu)建出兩種自行車平衡系統(tǒng),運用拉格朗日方程和歐拉方程建立了相應的數(shù)學模型,分別計算出兩種平衡系統(tǒng)的動力學方程,確定了各自平衡控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)控制方程和控制變量,分析比較了自行車兩種平衡系統(tǒng)的優(yōu)缺點,為自行車平衡系統(tǒng)的實際模型研制奠定了良好的理論基礎(chǔ)。（2）采用auto CAD、SolidWorks軟件與3D打印技術(shù),研制出了兩種平衡自行車的完整模型及其控制系統(tǒng),分別設(shè)計了這兩種平衡自行車的整體結(jié)構(gòu)、平衡控制器、動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng),最終完成平衡自行... 

【文章來源】：陜西科技大學陜西省

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 前言
    1.1 研究背景及意義
    1.2 倒立擺國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外平衡自行車控制系統(tǒng)的研究發(fā)展
        1.2.2 國內(nèi)平衡自行車控制系統(tǒng)的研究發(fā)展
        1.2.3 未來平衡自行車控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及課題研究的意義
    1.3 研究的主要內(nèi)容
2 平衡自行車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
    2.1 慣性原理的平衡自行車設(shè)計
        2.1.1 平衡原理
        2.1.2 設(shè)計方案
        2.1.3 平衡原理分析
        2.1.4 動力學分析
    2.2 陀螺儀原理的平衡自行車設(shè)計
        2.2.1 陀螺轉(zhuǎn)子的動量矩
        2.2.2 陀螺儀的進動性
        2.2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.2.4 平衡原理分析
        2.2.5 動力學分析
    2.3 不同原理平衡自行車對比分析
        2.3.1 平衡原理對比
        2.3.2 車體結(jié)構(gòu)對比
        2.3.3 平衡方程對比
    2.4 本章小結(jié)
3 平衡自行車控制系統(tǒng)的設(shè)計
    3.1 概述
    3.2 控制系統(tǒng)的仿真
    3.3 平衡控制系統(tǒng)設(shè)計
        3.3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計
        3.3.2 系統(tǒng)各模塊主要功能
        3.3.3 系統(tǒng)的主要特點
    3.4 控制系統(tǒng)選型
        3.4.1 控制器選型
        3.4.2 裝置傳感器選型
        3.4.3 電機驅(qū)動、舵機及電池選型
    3.5 控制器的研制
        3.5.1 整體電路設(shè)計
        3.5.2 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計
        3.5.3 電機驅(qū)動模塊的電路設(shè)計
        3.5.4 電源模塊電路的設(shè)計
        3.5.5 MPU-6050模塊電路設(shè)計
        3.5.6 總體電路PCB接線圖及實物模型
    3.6 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
        3.6.1 主要程序設(shè)計
        3.6.2 控制運算程序設(shè)計
        3.6.3 電機控制程序設(shè)計
        3.6.4 MPU-6050控制程序設(shè)計
    3.7 控制程序的實現(xiàn)
    3.8 本章小結(jié)
4 平衡自行車模型搭建
    4.1 陀螺儀原理平衡自行車的設(shè)計
        4.1.1 車體零件選型
        4.1.2 模型結(jié)構(gòu)設(shè)計
    4.2 車體質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量的測量及分析
        4.2.1 車體各零件質(zhì)量尺寸測量
        4.2.2 車體轉(zhuǎn)動慣量分析
    4.3 車體模型的搭建及實驗
    4.4 慣性原理平衡自行車模型搭建
    4.5 平衡自行車控制系統(tǒng)的調(diào)試
        4.5.1 硬件調(diào)試
        4.5.2 軟件調(diào)試
        4.5.3 PID調(diào)試
    4.6 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
致謝
參考文獻
附錄Ⅰ
攻讀學位期間發(fā)表的學生論文


【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]非同軸兩輪自平衡移動機器人的平穩(wěn)性研究[D]. 邱金鳳.武漢理工大學 2018
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本文編號：3185659