雷尼绍方案：两轮机器人小车｜自平衡大考验

石川淳先生在东京电机大学（TDU）的机器人与机电一体化学科任教，他向工学部的学生们提出一项考验：制作一辆两轮自平衡机器人小车。

挑战

石川淳先生对学生们提出的考验是：如何解决经典的控制理论难题 — 倒立摆。

学生们需要设计并集成一个高效的三件式解决方案，包括倾斜角度传感、控制逻辑和电机驱动电路。

对于为此控制应用设计的PCB（印刷电路板），尺寸小且重量轻是集成到车把内的决定性要素。他们对PCB的结构进行了优化，以确保在最小的封装尺寸内集成所有必需的功能。

解决方案

将PCB控制板安装在车把内，位于摆锤的顶部，承载所有必需的电子电路。

轮式平台的底部有两条轴：连接车轮的水平轴和由紧凑型直流电机驱动的垂直轴。两条轴的交叉处装有一个简单的锥齿轮传动装置，电机通过此传动装置可朝任意方向驱动车轮。 系统必须将方向保持在近乎垂直的极小角度范围内，才能进行有效控制。如果小车朝任一方向倾斜超过30 °，则可能会失去稳定性。为保持平衡，必须以经过精密计算的加速度和速度连续驱动车轮。

在电机轴上

耦合编码器

为达到预期的运动控制性能，学生们需要一个高分辨率位置编码器来监控和调节电机输出。而且，这个编码器还必须小巧轻便，能够容纳在小车纤薄的垂直结构中。

经过深思熟虑，他们最终选择了雷尼绍关联公司RLS的RM08磁旋转编码器。这款非接触式、无摩擦磁旋转编码器仅重2 g（包括电缆），具有铝制传感器外罩，直径为8 mm，厚度仅为3 mm。

学生们设计了一个细窄的尼龙衬圈，作为电机轴与RM08编码器的磁励体之间的机械连接，而这个设计只增加了不到0.5 g的重量。

RM08编码器产生12位分辨率输出（每转4,096步），可用于运行速度高达30,000 rpm的应用，精度达到±0.3 °。 

结果

东京电机大学的学生们设计出一个运动控制方案，使用RM08高速磁旋转编码器以12位分辨率测量角度旋转，令两轮机器人小车保持自平衡和直立。

RM08编码器的防护等级达到IP68，专用于集成到各种大批量OEM应用中，性能非常可靠。

还有一点也很重要，磁旋转编码器还解决了这辆小车苛刻的物理设计限制。它的外形极为紧凑且轻巧，帮助学生们同时克服了空间和负载限制。

感谢关注“雷尼绍Renishaw”

阅读原文

（雷尼绍Renishaw）

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。