1 引言
立方体机器人凭借着三个动量轮，利用角动量原理进行单点自平衡，对矿用自平衡机器人的研究有巨大的贡献。而对立方体机器人姿态的检测也是立方体机器人能够实现单点平衡的重要一环。姿态检测反映了立方体机器人平衡时的姿态角，当立方体机器人姿态角发生改变时，自平衡控制系统接收到姿态角的改变而做出反应，调整动量轮转速转向来保证立方体机器人平衡。
2 工作原理
本设计要求对单点自平衡立方体机器人进行姿态角的检测，目前有多种传感器可以对立方体机器人的姿态角进行检测，常用的传感器有加速度计、陀螺仪等。但由于传感器的自身特点，加上传感器极易受到外界环境影响。单个传感器无法实现对立方体机器人完整检测。本设计利用陀螺仪和加速度计分别检测立方体机器人的姿态角，最后通过数据融合算法使用加速度计检测出的姿态角修正陀螺仪检测出的姿态角。由于立方体机器人单点平衡时偏航角对平衡不会产生影响，所以本设计不对偏航角进行检测。
分析完加速度计与陀螺仪的特性，发现陀螺仪有较好的动态响应，但是如果计算物体的静态姿态角，则会产生累计误差。而加速度计在检测姿态的时候不会产生累积误差，但是加速度计的动态响应差。因此需要将这两种加速度计的优点结合在一起，对加速度计和陀螺仪测量的数据进行融合，就可以测量出被测物体准确的姿态角。
在做立方体姿态检测的时候，我们可以选择的姿态解算方法有一阶互补滤波，卡尔曼滤波等。一阶互补滤波虽然计算方便，但是收敛性能差。相比之下卡尔曼滤波器有优秀的收敛性，能利用现场采集数据进行更新。所以本设计选用卡尔曼滤波器进行数据融合。
3 结论
设计了立方体的姿态检测系统，检测出立方体的姿态角，立方体单点平衡的研究打下基础，选择姿态角数据融合的方法，选用卡尔曼滤波器进行数据融合，通过卡尔曼滤波器利用加速度计的姿态角对陀螺仪的姿态角进行修正。
参考文献：
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作者简介：杨珍珍（1986-），硕士研究生，机械制造及其自动化专业，从事本专业教学近10年，发表论文数十篇，现为潍坊职业学院教师主要研究方向：计算机辅助设计与CAM，
