两轮自平衡机器人自主移动系统设计和应用

两轮自平衡机器人自主移动系统设计和应用两轮自平衡机器人结构简单,运动灵活,转弯半径小,适用于工作环境变化大、任务复杂的场合,如空间探索、地形侦察、危险品运输以及教育和服务机器人等领域。随着智能技术的发展,研究具有自主移动能力的两轮自平衡机器人成为主要趋势。两轮自平衡机器人具有高阶、非线性、多变量的特点,是一个动态平衡的欠驱动系统。

本文研究了两轮自平衡机器人的自主定位、地图构建和路径规划问题。首先,综述了两轮自平衡机器人的自主移动研究中定位、建图和路径规划等问题的研究现状。然后基于机器人操作系统(Robot Operating System,ROS)设计了一种两轮自平衡机器人自主移动系统,详细介绍了其硬件、软件设计。

其次,针对两轮自平衡机器人的静态不稳定的特点,易造成传统的视觉定位

的精度和地图构建的精度下降。本文将惯性定位和视觉定位进行融合,降低了由于载体抖动对定位造成的影响。再次,采用八叉树模型来构建三维栅格地图,有效减小了存储资源的消耗。

最后,研究了基于一种基于改进A*算法的路径规划问题,包括启发函数设计、动态加权评价函数的设计、以及路径平滑处理等问题。将上述研究应用于两轮自平衡机器人系统中,实测实验表明两轮自平衡车的定位精度提高了一倍以上,地

图消耗的存储资源减少了90%以上,路径规划减少了路径成本和转弯次数,提高

了算法的速度和路径平滑度,实现了两轮自平衡机器人的自主移动。