基于視覺引導的自平衡機器人控制系統研究.pdf

1、兩輪式倒立自平衡機器人具有體積小、結構簡單、運動靈活、運動回轉半徑小等特點，在服務類機器人、小球類運動機器人的研發中作為移動載體具有著無可比擬優勢。近些年來，視覺跟蹤技術發展迅速，在移動機器人的研究中成為一個重要分支。將兩輪倒立自平衡車的控制技術與視覺導航技術相結合，將很大程度地擴展自平衡機器人的自主能力。本文旨在探討兩輪自平衡機器人三維運動建模、控制算法設計、視覺引導以及硬件等相關問題，為進一步研究具有服務功能和小球類運動機器人打下先

2、期基礎。
　　本研究主要內容包括：⑴基于拉格朗日法對自平衡機器人進行了動力學分析，建立了自平衡機器人的三維動力學方程，為后續控制算法研究提供了較為全面的基礎動力學模型。⑵在得到動力學模型的基礎上，研究針對自平衡機器人保持直立穩定，在以李雅普諾夫穩定分析為基礎，分別討論了以已知模型條件下和未知模型自適應條件下的Backstepping控制器設計;在控制自平衡的基礎上，又討論基于PD的轉向控制和基于PI的速度控制的算法實現;對相應控制

3、器進行仿真，驗證控制器算法的正確性與有效性。⑶討論了基于顏色特征的目標識別方法，利用HSV顏色空間的色度單通道圖像，建立目標區域的顏色直方圖，并利用反向投影算法得到目標主體顏色概率分布的灰度圖像，從而實現目標與背景的分割;利用Meanshift搜索算法對跟蹤目標進行定位，確定目標中心;采用Camshift目標跟蹤算法實現根據每幀圖像確定的目標位置設為下一幀圖像Meanshift搜索的起始點，實現連續目標圖像的識別;根據攝像機小孔模型，估