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可移动机器人一般需满足在地面可移动，两轮自平衡小车由于自身结构比较简单且成本比较低廉，而作为控制对象时却具有高度的复杂性，已成为控制理论应用中典型的范例。两轮自平衡小车机器人有着非常广泛的应用前景。自面世以后，世界各国机器人技术研究者都对其抱有浓厚的兴趣，也使其迅速成为该领域的热点。
两轮自平衡机器人关键问题在于一要保持自身的平衡，二要在各种环境下完成相应的任务。其结构具有多变量、强耦合、非线性等特性，可以作为验证各种控制理论的平台，具有重大的理论研究价值。
本文主要研究根据乐高公司的送餐机器人为灵感来源，如何设计一款差动轮系的两轮小车机器人的机械结构和控制其不稳定的车体以及航向。以三星公司的ARM9芯片S3C2440A为处理器，制作含有倾角和角加速度信息量采集能力的两轮小车系统。其中ARM9负责角速度和角加速度等模拟量与数字量的采集、任务调度和决策制定，并且采集光电编码器的信息，控制左右轮的直流电机。
本文分别从机械结构系统和电气系统介绍了两轮小车的设计流程，利用拉格朗日理论对两轮小车进行了速度分析与动力学建模，并对非线性系统进行了近似线性化处理。随后利用机器人的神经网络自适应控制理论设计了反馈控制器，并进行了神经网络的学习方式设计和学习算法设计，最后利用MATLAB的Simulink对设计的控制器反馈系统进行了仿真，得到了较为理想的仿真曲线，从而对设计的神经网络控制器的正确性得到了有效的验证。
本文在硬件系统设计中除了机械结构的设计介绍，还对处理器、传感器、陀螺仪、动力能源系统进行了选型，最后在软件系统设计部分介绍了以S3C2440A为核心的嵌入式系统运行的Linux操作系统，以及如何在该系统下采集各传感器输出的模拟量与数字量，并设计了Linux系统相关的UART等设备驱动和开发。
论文的最后，结合了本文设计的两轮车机器人系统的特点，总结了本文的工作内容，并对未来的研究方向进行了展望