摘要：随着经济的发展，我国逐步进入老年化社会。由于老年人行动不便，因此需要简便老年人的日常生活。出于此目的，本文计划设计一种基于手势控制的移动机器人，这样行动不方便人群便可以通过手势操控机器人来完成想要达成的操作。本文的移动机器人采用两轮平衡小车。小车的控制核心为32位单片机STM32F103C8T63。由陀螺仪和加速度传感器组成姿态检测系统。传感器测得的信号运用卡尔曼滤波法对数据进行融合。由单片机对数据进行分析调整电机转速来保证小车平衡。此外，基于此小车设计一个手势控制板，手势控制板采用PAJ7620U2手势传感器为核心。

整个小车的系统制作完成以后，小车可以在无外界干扰下实现自身平衡并且可以通过手势来控制小车进行移动。

关键词 手势控制;平衡小车;PID控制;卡尔曼滤波 

 

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 研究背景及意义-1

1.1.1 小车研究现状-1

1.1.2 手势控制研究现状-2

1.2平衡小车的总体设计方案-2

1.2.1 总体方案设计-2

1.2.2 控制系统数学建模-2

1.2.3 角度监控系统-2

1.2.4 小车控制算法-3

1.2.5 手势控制模块设计-3

1.3 本章小结-3

2 小车平衡系统原理分析-4

2.1 控制系统分析-4

2.2 平衡控制原理分析-4

2.3 小车建模分析-5

2.3.1小车受力情况解析-5

2.3.2 自平衡小车运动微分方程-8

2.4 PID控制器设计-8

2.4.1 PID控制器原理-8

2.4.2 小车控制器方案设计-9

2.5角度监控系统-10

2.5.1 MPU6050简介-10

2.5.2卡尔曼滤波简介-10

2.6 本章小结-11

3 平衡小车硬件设计-12

3.1 STM32F103C8T63单片机介绍-12

3.2 单片机最小系统设计-13

3.3 电源模块方案设计-15

3.4角度监控系统电路设计-15

3.5 电机驱动模块设计-16

3.5.1 驱动芯片介绍-16

3.5.2 电路驱动设计-17

3.6编码器模块设计-17

3.6.1编码器简介-18

3.6.2 编码器电路设计-18

3.7 手势控制模块设计-18

3.7.1 PAJ7620U2传感器介绍-18

3.7.2 蓝牙模块介绍-19

3.8 小车机械结构设计-19

3.9 本章小结-20

4 平衡小车软件设计-22

4.1 软件系统总体结构-22

4.2 单片机初始化设计-23

4.2.1 锁相环初始化-23

4.2.2 模数转换模块初始化-23

4.2.3 串行通信模块初始化-23

4.2.4 测速模块初始化-24

4.2.5 PWM模块初始化-24

4.3角度监控系统软件设计-25

4.3.1 MPU6050软件介绍-25

4.3.2 卡尔曼滤波器的软件实现-25

4.4平衡PID控制软件实现-26

4.5 本章小结-26

结论-27

参考文献-28

致谢-29