两轮自平衡车
平衡车的计划书
平衡车的计划书
1. 引言
自动平衡车（也称为二轮平衡车或自平衡电动车）是一种最近流行起来的个人
交通工具，它能够自动调节自身的平衡，实现人机交互、智能导航等功能。平衡车的出现给人们的出行带来了很大的便利，并且具有很大的潜力和市场需求。我们计划开发一辆具有优秀性能的平衡车，并提供给消费者。
2. 项目目标
本项目的主要目标是开发一辆性能优秀的平衡车，并满足以下要求：•实现前后平衡，保证乘客的安全；
•配备智能导航系统，提供方便的出行方式；
•支持人机交互，提供友好的用户体验；
•具备高速行驶能力，提供快速出行的选项。
3. 开发计划
3.1 需求分析
在正式开发之前，我们需要进行需求分析，明确产品的功能和特点，以满足用
户的需求。需求分析包括以下步骤：
1.调研用户需求：通过市场调研、用户调查等方式，了解目标用户的需
求，明确产品的功能和特点。
2.编写需求文档：根据用户需求，编写详细的需求文档，明确产品的功
能模块和技术要求。
3.2 设计与开发
在需求分析完成后，我们将按照以下步骤进行设计与开发：
1.硬件设计：设计平衡车的结构框架、电路板、传感器等硬件组成部分，
确保平衡和稳定。
2.软件开发：开发控制平衡车的软件程序，包括平衡调节算法、导航系
统、人机交互界面等。
3.集成测试：对硬件和软件进行集成测试，确保各个组成部分能够协同
工作，并满足需求。
3.3 优化与改进
在平衡车的功能开发完成后，我们将进行优化与改进，以提高产品性能和用户
体验：
1.优化算法：通过改进平衡调节算法，提升平衡车的稳定性和灵敏度。
2.更新固件：定期更新平衡车的固件，修复漏洞和改进功能。
两轮平衡车原理
两轮平衡车原理
两轮平衡车，又称电动平衡车或电动独轮车，是一种新型的个人电动代步工具，它通过倾斜身体来控制前后平衡，实现前进、后退、转弯等动作。它的原理是基于陀螺仪的稳定性和动力学原理，下面我们将详细介绍两轮平衡车的原理。
首先，两轮平衡车的核心部件是陀螺仪，它是一种能够保持自身平衡的装置。
在两轮平衡车中，陀螺仪感知车身的倾斜角度，然后通过内置的控制系统来调整电机的转速，从而保持车身的平衡。这种原理类似于人类的平衡感觉，当人体倾斜时，大脑会发送信号给肌肉，使身体保持平衡，而两轮平衡车则是通过电子系统来实现这一功能。
其次，两轮平衡车的动力来源于电机和电池。电机是驱动车轮转动的关键部件，它通过控制转速和方向来实现车辆的前进、后退和转向。而电池则为电机提供能量，一般采用锂电池作为动力源，它具有能量密度高、重量轻、循环寿命长等优点，能够满足两轮平衡车长时间的使用需求。
另外，两轮平衡车还配备了传感器和控制系统。传感器可以感知车身的倾斜角度、加速度和角速度等参数，然后将数据传输给控制系统。控制系统根据传感器的数据，通过算法来判断车身的状态，并控制电机的工作状态，从而实现平衡和动作控制。这种闭环控制系统使得两轮平衡车能够快速、精准地响应用户的操作，保持稳定的行驶状态。
最后，两轮平衡车的原理还涉及到人体的平衡感知和操作技巧。用户通过身体
的微调和重心的移动来控制车辆的前进、后退和转向，这需要一定的平衡能力和操作技巧。随着使用时间的增加，用户可以逐渐掌握平衡车的操作技巧，实现更加灵活、自如的驾驶体验。
综上所述，两轮平衡车的原理是基于陀螺仪的稳定性和动力学原理，通过电机、电池、传感器和控制系统的协同作用，实现车身的平衡和动作控制。同时，用户的
两轮平衡车工作原理
两轮平衡车工作原理
一、引言
两轮平衡车是一种基于倒立摆原理的个人交通工具，它具有自平衡、环保、便携等特点，因此在现代城市中越来越受到人们的关注和喜爱。本文将从机械结构、传感器、控制系统等方面介绍两轮平衡车的工作原理。
二、机械结构
两轮平衡车通常由车身、车轮、电机、减速器、转向机构等组成。其中，车身是整个车辆的主体，用于承载其他组件。车轮是车辆的行驶部件，通过电机和减速器驱动，使车辆前进或后退。电机是发动机的替代品，它通过向车轮提供动力来推动车辆。减速器可以将电机的高速旋转转换为车轮的低速旋转，以提供更大的扭矩。转向机构用于控制车轮的转向，使车辆能够转弯或改变方向。
三、传感器
两轮平衡车通常配备了多种传感器，用于感知车辆的状态和环境信息。其中最重要的传感器是陀螺仪和加速度计。陀螺仪用于测量车辆的倾斜角度，从而得知车身是否处于平衡状态。加速度计用于测量车辆的加速度，从而判断车辆的加速或减速状态。通过陀螺仪和加速度计的数据，控制系统可以实时监测车辆的倾斜状态，从而采取相应的控制策略。
四、控制系统
控制系统是两轮平衡车的核心，它负责根据传感器的数据来控制电机的转速，以实现车辆的平衡和控制。控制系统通常由微处理器、控制算法和电机驱动器组成。微处理器是控制系统的大脑，负责处理传感器数据和执行控制算法。控制算法是控制系统的关键部分，通过对传感器数据的分析和处理，判断车辆的状态，并采取相应的控制策略。电机驱动器负责将微处理器输出的控制信号转换为电机的控制信号，控制电机的转速和方向。
五、工作原理
两轮平衡车的工作原理可以简单概括为：通过陀螺仪和加速度计感知车辆的状态，将传感器数据传输给控制系统；控制系统根据传感器数据判断车辆的倾斜状态，并通过控制算法计算出合适的电机控制信号；电机驱动器将控制信号转换为电机的控制信号，控制电机的转速和方向；车轮根据电机的驱动旋转，使车辆保持平衡或实现前进、后退和转弯。
两轮自平衡小车实习日记
两轮自平衡小车实习日记
暑假到了，外婆给我买了一辆我梦寐以求的“小米”电动平衡车。
我这辆两轮站立式平衡车，全身呈黑色。两个又大又酷的越野轮支撑平衡车的重心及依靠车身的电机进行行进，两个脚踏板之间装有一个操控杆，利用小腿控制车体的运动，改变平衡车左右的方向，彻底解放双手。特别是在脚踏板的后面，还有一个能发出五颜六色光芒的彩色指示灯，炫酷极了。
虽然，我已经拥有了一辆平衡车，但我却并不能熟练的操控它。
于是，我选了一个较为凉爽的天气，来到小区的一块空地上，按照说明书上的要点，带着紧张的心情，小心翼翼地、缓慢地先将一只脚踏上踏板，只听“滴”的一声，我的心咯噔一下，更加紧张了。慌乱中，下意识的把另一只早已颤抖的脚迅速地跳上踏板，双手也开始不由自主的左右挥舞。经过一番前倾后仰的折腾努力，平衡车终于“平衡”了。
可是，刚前进没几步，谁知平衡车又突然往前倾斜，我吓出一身冷汗，赶紧重新调整身体的重心，才使平衡车恢复正常行驶，缓慢地向前移动。
一开始，由于操作不太熟练，害怕摔倒。我总是借助双手，小心翼翼地扶着周围的物体，缓慢移动，不能悠然自如的骑行。心想，这可不行。于是，深吸了一口气，放松心情，大着胆子，控制好重心，慢慢地尝试放开双手，结果，还真成了。
经过几十分钟的勤学苦练，我骑的越来越熟练，也掌握了平衡车的骑行技巧，自信性更足了。基本上可以自如地驾驭平衡车了，骑行的速度也越来越快了。
但是，没有想到，在上坡时遇到了难题。与在平路上骑行还是有差异性的，发现并不能很好地掌控平衡车的骑行速度和重心。因此，我又有针对性地专门练习上坡。经过，如此这般的反复练习，仔细琢磨，我终于能轻松自如的上下坡了。
双轮平衡车
双轮平衡车
百科名片
双轮平衡车，又叫电动平衡车，双轮思维车、双轮代步车、体感车、射位车、智感车等。其运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”（Dynamic Stabilization）的基本原理上，利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地驱动电机进行相应的调整，以保持系统的平衡。[1]
中文名：双轮平衡车外文名：Airwheel
别名：双轮代步车、双轮思维车、体
感车目录
驾驶方法
技术特点：
原理
功能配置
产品特色
主要品牌
驾驶方法
类似人体自身的平衡系统，当身体重心前倾时，为了保证平衡，需要往前走，重心后倾时同理。同时，电动平衡车的转向由把手握及伸缩杆来实现，摆动把手握会连带着伸缩杆使车辆左右两个车轮产生转速差（例如伸缩杆向左摆动时，右轮的转速会比左轮快），达到转向的效果。
车辆的能量来源是一个锂电池组，单次充电可保证20-30公里的续航里程和15公里的最高时速。在骑行时，将方向操纵杆指向需要前进的方向，车体将会朝着指向的方向行驶。当方向操纵杆处于车体正中间位置时，系统将朝正前方行驶。当转方向操纵杆时，系统会相应地控制左右两边的速度差，实现转向，让身体跟随方向操纵杆倾斜的方向倾斜，将会获得更好的转向体验。突破性的垂直转向设计，颠覆传统的驾驭方式，更符合人体的操作习惯。
[2]
技术特点：
1、左右两轮电动车，独特的平衡设计方案。
2、集“嵌入式+工业设计+艺术设计”的产品集成创新技术，以嵌入式技术提升产品的内在智能化，以适应当代产品数字化、智能化的趋势，实现由内而外的创新。
两轮机器人自平衡研究
• 在上述方程中,A、B和C均为矩陣,k是時間系数,x称 为系統状态,u是系統的已知輸入,y是所測量的輸 出.w和z表示噪音,其中变量w称为进程噪音,z称为 測量噪音,它們都是向量. 则卡尔曼滤波的算法流程为：
9、两种卡尔曼滤波
• UKF：抽样卡尔曼滤波器 • EKF：扩展卡尔曼滤波器
扩展卡尔曼滤波器EKF
• 现在对于某一分钟我们有两个有关于该房间的温
度值：你根据经验的预测值系统的预测值和温度
计的值测量值.下面我们要用这两个值结合他们各 自的噪声来估算出房间的实际温度值. 假如我们要估算k时刻的是实际温度值.首先你要 根据k-1时刻的温度值,来预测k时刻的温度.因为你 相信温度是恒定的,所以你会得到k时刻的温度预 测值是跟k-1时刻一样的,假设是23度,同时该值的 高斯噪声的偏差是5度5是这样得到的：如果k-1时 刻估算出的最优温度值的偏差是3,你对自己预测 的不确定度是4度,他们平方相加再开方,就是5.然 后,你从温度计那里得到了k时刻的温度值,假设是 25度,同时该值的偏差是4度.
2、什么是卡尔曼滤波器
• 卡尔曼滤波是一种递归的估计,即只要获知 上一时刻状态的估计值以及当前状态的观 测值就可以计算出当前状态的估计值,因此 不需要记录观测或者估计的历史信息.卡尔 曼滤波器与大多数滤波器不同之处,在于它 是一种纯粹的时域滤波器,它不需要像低通 滤波器等频域滤波器那样,需要在频域设计 再转换到时域实现.
两轮平衡车课件
返回
√ 动平衡对实时性要求很高，每隔2.5ms需要 做一次传感器采样和PID算法，采用中断实现 。
√ 主程序只进行硬件初始化，包括中断和舵机初 始化，然后执行while（1）循环，等待中断。
√ 在中断服务函数中，对左右两个红外测距传感 器依次进行采样，再通过 PID 算法计算产生 舵机速度和摆锤角度，实现小车的动平衡。
√ 程序中的Pk、Pi、Pd三个系数都是调试出 来的，在实际调试中可以根据情况进行微调。
六、总结提高
拓展提高 √ 在现有机器人基础上，仅控制摆锤摆动，能
否使小车保持平衡？请思考并尝试 √ 在现有机器人基础上去除摆锤，仅控制两
轮转动，能否使小车保持平衡？请思考并尝 试
红外测距传感器
四、学习资讯
不需要依靠运动过程中产生的惯性力而实现 的平衡叫做静平衡。 机器人运动过程中，如果 重力、惯性力、离 心力等让机器人处于一个可持续的稳定状态， 这种稳定状态叫做动平衡状态。
动平衡
两轮平衡车的受力示意图
四、学习资讯
PID即：Proportional（比例）、Integral （积分）、Differential（微分）的缩写。顾 名思义，PID控制算法是结合比例、积分和 微分三种环节于一体的控制算法，它是连续 系统中技术最为成熟、应用最为广泛的一种 控制算法，PID控制的实质就是根据输入的 偏差值，按照比例、积分、微分的函数关系 进行运算，运算结果用以控制输出。它具有 原理简单,易于实现,适用面广,控制参数相互 独立,参数的选定比较简单等优点。
自平衡小车数学模型
自平衡小车数学模型
2.3.1两轮自平衡小车受力分析
为了准确控制车轮转动，保持小车始终稳定的直立平衡，需要对自平衡车进行运动学分析并建立其数学模型，从而更好的设计控制系统。
为了更加直观的分析系统受力情况，下面将直立小车与单摆模型进行对比说明小车的受力情况。
重力场中使用细线悬挂的重物经抽象化便形成理想化的单摆模型，两轮自平衡车可以看作一级倒立摆模型进行分析，如图2-3所示。
单摆模型一级倒立摆模型
图2-3 小车抽象为一级倒立摆模型
对普通单摆进行受力分析如图2-4所示。
mg
=
图2-4 单摆受力分析
当物体离开平衡位置后便会受到重力与线的合作用力，驱使物体回复至平衡
位置。这个力称为回复力，其大小为：
=
F m gθ
-s in
（式2-1）
在偏移角很小情况下，回复力与偏移角之间的大小成正比，方向相反。在此回复力的作用下，单摆进行周期运动。由于空气阻力的存在，单摆最终会停止在平衡位置。空气阻尼力与单摆的速度成正比，方向相反。阻尼力越大，单摆会越快停止在平衡位置。可得出，单摆保持平衡的条件有两点：
(1) 受到与偏移相反的回复力作用；
(2) 受到与运动速度相反的阻尼力作用。
如果没有阻尼力，单摆会在平衡位置左右晃动而无法停止。如果阻尼力过小（欠阻尼），单摆会在平衡位置震荡。阻尼力过大（过阻尼）则导致单摆恢复平衡时间加长。因而存在一个临界阻尼系数，使单摆稳定在平衡位置所需时间最短。
对静止的一级倒立摆模型进行受力分析（不考虑车轮与地面的滚动摩擦力），如图2-5所示。
θ
sin
图2-5一级倒立摆模型受力分析图
由一级倒立摆模型静止时的受力分析可知，其回复力大小为：
两轮平衡小车说明书
电气电子工程学院自主创新作品
两轮平衡小车
摘要
两轮自平衡小车具有体积小、结构简单、运动灵活的特点，适用于狭小和危险的工作空间，在安防和军事上有广泛的应用前景。两轮自平衡小车是一种两轮左右平衡布置的，像传统倒立摆一样，本身是一种自然不稳定体，其动力学方程具有多变量、非线性、强耦合、时变、参数不确定性等特性，需要施加强有力的控制手段才能使其保持平衡。
本作品采用STM32单片机作为主控制器，用一个陀螺仪传感器来检测车的状态，通过dvr8800控制小车两个电机，来使小车保持平衡状态，通过2.4G模块无线通讯进行遥控来控制小车运行状态。
关键词：智能小车；单片机；陀螺仪。
目录
一．前言 (4)
一．两轮平衡车的平衡原理 (4)
2.1 平衡车的机械结构..........................................................................错误!未定义书签。
2.2 两轮车倾倒原因的受力分析 (4)
2.3 平衡的方法 (5)
三．系统方案分析与选择论证 (5)
3.1 系统方案设计 (5)
3.1.1 主控芯片方案 (5)
3.1.2 姿态检测传感器方案 (6)
3.1.3 电机选择方案 (6)
3.2 系统最终方案 (7)
四．主要芯片介绍和系统模块硬件设计 (7)
4.1.STM32单片机简介（stm32rbt6） (7)
4.2.陀螺仪传感器 (8)
4.3．TB6612 (8)
4.4．编码器 (9)
4.5. 主控电路 (9)
4.6 电机驱动电路 (10)
五．系统软件设计 (11)
毕业设计(论文)-两轮自平衡小车的设计
本科毕业设计（论文）
题目两轮自平衡小车的设计
学院电气与自动化工程学院
年级专业
班级学号
学生姓名
指导教师职称
论文提交日期
两轮自平衡小车的设计
摘要
近年来，两轮自平衡车的研究与应用获得了迅猛发展。本文提出了一种两轮自平衡小车的设计方案，采用陀螺仪ENC-03以及MEMS加速度传感器MMA7260构成小车姿态检测装置，使用卡尔曼滤波完成陀螺仪数据与加速度计数据的数据融合。系统选用飞思卡尔16位单片机MC9S12XS128为控制核心，完成了传感器信号的处理，滤波算法的实现及车身控制，人机交互等。
整个系统制作完成后，各个模块能够正常并协调工作，小车可以在无人干预条件下实现自主平衡。同时在引入适量干扰情况下小车能够自主调整并迅速恢复稳定状态。小车还可以实现前进，后退，左右转等基本动作。
关键词：两轮自平衡陀螺仪姿态检测卡尔曼滤波数据融合
I
Design of Two-Wheel Self-Balance Vehicle
Abstract
In recent years, the research and application of two-wheel self-balanced vehicle have obtained rapid development. This paper presents a design scheme of two-wheel self-balanced vehicle. Gyroscope ENC-03 and MEMS accelerometer MMA7260 constitute vehicle posture detection device. System adopts Kalman filter to complete the gyroscope data and accelerometer data fusion.，and adopts freescale16-bit microcontroller-MC9S12XS128 as controller core. The center controller realizes the sensor signal processing the sensor signal processing, filtering algorithm and body control, human-machine interaction and so on.
平衡车的工作原理
平衡车的工作原理
平衡车，也被称为电动平衡车、自平衡车，是一种新型个人电动交通工具，其工作原理可分为电机控制系统、陀螺仪、倾角检测和数据处理系统四个部分。
1. 电机控制系统
- 平衡车采用双轮设计，每个轮子由一个电机驱动。
- 电机控制系统通过调节两个电机的转速来实现平衡车的前后移动和转向。
- 通常采用无刷直流电机，可提供足够的动力和高效率。
2. 陀螺仪
- 陀螺仪是平衡车实现自平衡的重要组成部分，通过感应重力加速度和角速度实现动态控制。
- 在平衡车上安装的陀螺仪感受到倾斜角度，将这些数据传输给倾角检测系统。
3. 倾角检测
- 倾角检测系统主要由加速度传感器和角速度传感器组成。
- 加速度传感器用于检测平衡车倾斜的重力方向；角速度传感器用于检测平衡车的转动速度。
- 这些传感器将倾斜角度和角速度通过数据线传输给数据处理系统。
4. 数据处理系统
- 数据处理系统是平衡车的大脑，它接收倾角检测系统传输的数据，进行实时分析和处理。
- 数据处理系统根据倾角传感器的数据，通过算法计算出平衡车要达到的倾斜角度，并将结果传输给电机控制系统。
- 数据处理系统还负责将用户对平衡车的指令转换为相应的控制信号，通过控制电机的转速来实现平衡车的前后移动和转向。
总结：
平衡车的工作原理可以概括为电机控制系统根据数据处理系统计算出的倾斜角度，通过调节电机的转速来实现平衡车的前后移动和转向。陀螺仪和倾角检测系统负责感应倾斜角度和角速度，并将这些数据传输给数据处理系统进行分析和处理。通过这个工作原理，平衡车能够实现自平衡，并能够根据用户的指令进行控制。
两轮平衡小车说明书
电气电子工程学院自主创新作品
两轮平衡小车
摘要
两轮自平衡小车具有体积小、结构简单、运动灵活的特点，适用于狭小和危险的工作空间，在安防和军事上有广泛的应用前景。两轮自平衡小车是一种两轮左右平衡布置的，像传统倒立摆一样，本身是一种自然不稳定体，其动力学方程具有多变量、非线性、强耦合、时变、参数不确定性等特性，需要施加强有力的控制手段才能使其保持平衡。
本作品采用STM32单片机作为主控制器，用一个陀螺仪传感器来检测车的状态，通过dvr8800控制小车两个电机，来使小车保持平衡状态，通过2.4G模块无线通讯进行遥控来控制小车运行状态。
关键词：智能小车；单片机；陀螺仪。
目录
一．前言 (4)
一．两轮平衡车的平衡原理 (4)
2.1 平衡车的机械结构..........................................................................错误!未定义书签。
2.2 两轮车倾倒原因的受力分析 (4)
2.3 平衡的方法 (5)
三．系统方案分析与选择论证 (5)
3.1 系统方案设计 (5)
3.1.1 主控芯片方案 (5)
3.1.2 姿态检测传感器方案 (6)
3.1.3 电机选择方案 (6)
3.2 系统最终方案 (7)
四．主要芯片介绍和系统模块硬件设计 (7)
4.1.STM32单片机简介（stm32rbt6） (7)
4.2.陀螺仪传感器 (8)
4.3．TB6612 (8)
4.4．编码器 (9)
4.5. 主控电路 (9)
4.6 电机驱动电路 (10)
五．系统软件设计 (11)
两轮自平衡车原理
两轮自平衡车原理
第一轮自平衡车原理：
自平衡车是一种能够在没有外部支撑的情况下保持平衡的交通工具。它通过内置的陀螺仪感应器和加速度计来感知车体的倾斜方向和角度变化。当车体倾斜时，这些传感器会感知到倾斜的幅度和方向，并向控制系统发送信号。
控制系统接收到传感器的信号后，会根据倾斜的幅度和方向来判断车体的平衡状态，并通过电机控制来实现平衡调节。具体来说，控制系统会根据倾斜的方向调整电机的转速，使得车体朝相反的方向倾斜，从而达到平衡的效果。
此外，自平衡车还采用了闭环控制系统，即控制系统会不断地对车体的平衡状态进行监测和调整。通过不断地反馈和调整，自平衡车能够在运动过程中实时保持平衡。
第二轮自平衡车原理：
自平衡车的第二轮原理类似于第一轮，但是在实现平衡的过程中采用了不同的机制。第二轮自平衡车通常采用两个轮子来实现平衡。
与第一轮不同的是，第二轮自平衡车通过控制两个轮子的转速来实现平衡调节。当车体倾斜时，控制系统会根据倾斜的幅度和方向来调整两个轮子的转速。
具体来说，如果车体向前倾斜，控制系统会增加后轮的转速，同时降低前轮的转速，以使车体向后倾斜，从而实现平衡。反之，如果车体向后倾斜，控制系统会减小后轮的转速，同时增加前轮的转速，以使车体向前倾斜。
通过不断地调整两个轮子的转速，自平衡车能够在倾斜的情况下保持平衡。而陀螺仪感应器和加速度计仍然起着感知车体倾斜的作用，并向控制系统提供反馈信号，以实现平衡调节。
两轮平衡车原理
两轮平衡车原理
平衡车是一种基于动态稳定原理的个人代步工具，能够保持垂直方向的平衡状态并进行前后移动。其工作原理主要包括两个方面，即倾角检测与动力控制。
1. 倾角检测：平衡车内置了一种倾角传感器，通常为陀螺仪或加速度计。这些传感器能够感知平衡车倾斜的角度，并将倾斜角度的信息传输给控制系统。
2. 动力控制：平衡车根据倾斜角度的信息，通过内置的控制系统来实现动力控制。控制系统可以分为三个主要组件：计算器、电机和电池。
- 计算器：计算器是平衡车控制系统的核心，它接收倾斜角
度传感器的信息，并进行实时计算和分析。根据计算结果，计算器会发送指令给电机进行相应的调整。
- 电机：平衡车通常配备两个电机，分别安装在车轮上。电
机可以根据计算器的指令来实现动力调整，以保持平衡状态。当平衡车倾斜时，电机会自动调整转速，使车身回到平衡状态。
- 电池：平衡车使用电池作为动力源，通过供给电机所需的
电力来推动车轮。电池的电能可以通过外部电源进行充电。
在平衡车的操作过程中，倾角检测和动力控制不断地进行反馈循环，使得平衡车能够自动调整车身姿态，达到平衡状态。当用户倾斜身体或调整重心时，倾角传感器会检测到角度变化，
并将这个信息传输给计算器。计算器会根据倾角传感器的数据来判断是否需要对电机进行调整，以使平衡车保持稳定。
总的来说，两轮平衡车利用倾角检测和动力控制的原理，实现了自动平衡功能。这使得人们能够轻松地操纵平衡车进行代步或娱乐。
两轮平衡车的原理是什么？
两轮平衡车的原理是什么？
展开全文
与独轮平衡车相比，两轮最大的区别便是多了一个轮子和操纵杆，但它与电动自行车和摩托车车轮前后排列方式不同，而是采用两轮并排固定的方式，就像一种两轮平行的机器人一样。两轮自平衡控制系统是一种两轮左右平行布置的，像传统的倒立摆一样，本身是一个自然不稳定体，必须施加强有力的控制手段才能使之稳定。因为两轮平衡车具有运动灵活、智能控制、操作简单、节省能源、绿色环保、转弯半径为零等优点，所以它适用于在狭小空间内运行。
双轮平衡车的工作原理，非常类似于我们人体自身的平衡系统。就我们的人体而言，当身体重心前倾时，为了保证平衡，我们需要往前走；而当重心后倾时，我们需要往后走，其中也是同样的道理。
当我们在驾驶平衡车的时候，平衡车的两个轮子就代替了双脚。与身体的平衡系统非常类似，当我们的重心前倾时，智能系统就会自动感应到，并精确地驱动轮子向前运动，以保持平衡；同样地，当我们身体的重心后倾时，轮子就会向后运动。
这套工作原理被称为“动态平衡”原理，这也是平衡车被叫做“平衡车”的原因；有时也被叫做“体感车”，这是因为它能感应身体重心的变化，因驾驶者姿态的变化而改变行驶状态；有时也被叫做“思维车”，这是因为它能够智能感应重心变化、智能调整姿态和运行状态。
平衡车利用“动态平衡”原理，采用第二代运动补偿算法，利用其内部的陀螺仪和加速度传感器，来精确检测车体姿态的微小变化，并利用精密的伺服控制系统，灵敏地驱动电机，进行相应的调整，以保持整个车体的稳定和平衡。
当我们旋转方向操纵杆时，运行系统会相应地控制左右两边的速度差，以此来实现车体的转向。因此在骑行过程中，将方向操纵杆指向您需要前进的方向时，车体将会朝着我们指向的方向行驶。当方向操纵杆处于车体正中间位置时，系统将朝正前方行驶。并且在转向时，如果身体跟随方向操纵杆倾斜的方向倾斜，那么我们将会获得更好的转向体验。
基于PID控制的两轮平衡小车(附原理图和程序讲解)
课程设计
题目基于PID控制的两轮平衡小车
学院XXXXX 专业班级XXXXXX
小组成员XXXX 指导教师XXXX
X X年 XX 月 XXX
小组成员介绍及分工小组成员信息
小组成员分工
目录
机电系统实践与实验设计 (1)
一、研究背景与意义 (2)
二、平衡原理 (2)
2.1 平衡车的机械结构 (2)
2.2 自平衡车倾倒原因的受力分析 (3)
2.3 平衡的方法 (3)
三、两轮平衡小车总体设计 (4)
3.1 整体构思 (4)
3.2 姿态检测系统 (4)
3.3 控制算法 (5)
四、matlab建模及仿真 (6)
4.1 机械模型建模及仿真（Matlab_simulink） (6)
4.2 联合控制器仿真（理想状态PID） (8)
五、硬件电路设计 (9)
5.1、硬件电路整体框架 (9)
5.2、系统运作流程介绍 (10)
5.3、硬件电路模块 (10)
5.31 电源供电部分 (10)
5.32 主控制器部分: (10)
5.33 传感器部分; (11)
5.34 驱动电路部分 (11)
5.35 蓝牙控制模块 (12)
5.36 超声波检测模块 (13)
5.37 寻迹模块 (13)
六、软件控制模块 (14)
6.1 系统软件设计结构 (14)
6.2 整体初始化过程 (14)
6.3 程序设计 (15)
6.31 PID-三个参数的调整 (15)
6.32 OLED显示信息 (16)
6.33 PID-采集信息 (16)
6.34 PID-数据计算 (17)
6.35 PID-结果输出 (18)
6.36 超声波避障 (18)
6.37 蓝牙控制 (18)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
两轮自平衡送餐车
【摘要】：本项目为“两轮自平衡车送餐机器人”系统的研究与实现，从加速度计和陀螺仪传感器得出的角度。运用卡尔曼滤波优化，补偿陀螺仪的漂移误差和加速度计的动态误差，得到更优的倾角近似值。根据PID控制调节参数，实现两轮直立行走。通过电磁传感器对电磁线的检测和GPS模块精确定位，实现了平衡车的自动送餐功能。
【关键字】：加速度计陀螺仪卡尔曼滤波PID控制调节电磁传感器GPS模块
【Abstract】：This is a project of "research and Realization of a two wheeled self balancing robot car room" system, from the accelerometer and gyro sensor of angle. Using the Calman filter optimization, the dynamic error of gyroscope drift error and acceleration compensation plan, to get better approximations angle. According to the PID control parameters, achieve two upright. Through the detection and accurate positioning of GPS module electromagnetic sensors on the magnet wire, the balance of the car automatic room function.
【Keyword】:saccelerometer gyroscope Calman filtering PID control electromagnetic sensor GPS module
第一章引言 (2)
第二章基本原理 (3)
2.1两轮自平衡送餐车整体框架 (3)
2.2送餐车直立控制 (3)
2.3速度控制 (4)
2.4方向控制 (5)
第三章硬件电路设计与实现 (5)
3.1主控芯片 (5)
3.2电机驱动方案 (5)
3.3电磁信号处理电路 (6)
3.4红外遥控模块 (6)
第四章系统软件控制流程图 (7)
第五章卡尔曼滤波 (8)
4.1卡尔曼滤波简介 (8)
4.2卡尔曼滤波实现的效果 (8)
4.3卡尔曼滤波原型 (9)
4.4卡尔曼滤波化简 (10)
4.5卡尔曼滤波参数调试 (12)
5总结 (13)
第一章引言
两轮自平衡送餐车具有运动灵活、智能控制、操作简单等优点。因此它适用于在狭小空间内运行，可以穿梭于餐厅的任意的位置，也可以将自平衡电动车改装成两轮自平衡机器人。由于两轮自平衡送餐车的两轮结构，使得它的重心在上、支点在下，故在非控制状态（或静态）下为一不稳定系统。然而，可以利用倒立摆系统的控制原理，通过微处理器的控制使它能够如倒立摆一样稳定在一个平衡位置处，并能在保持平衡的状态下按照使用者的指令要求正常运行。两轮自平衡送餐车实际上是一级直线式倒立摆和旋转式倒立摆的结合体，它的控制原理与倒立摆系统的基本一致。更形象地说，自平衡送餐车的工作原理更像人行走的过程。对于人而言，当人体的重心向前倾斜并失去平衡时，人通过自身的感觉器官能够察觉到自己身体的倾斜（角度），于是他会做出一个反应——向前迈出一步来防止自己摔倒在地上。如果身体一直前倾，为了保持平衡，人就会一步又一步地往前走。因此，如果将两个由电机驱动的车轮看成人的双腿，再加上能够测量车体相对于水平面倾角大小和速度的传感器，最后通过微处理器的控制便能够实现车体自平衡的效果。因而当人站在车上时，只要将身体带动车体一起往前倾（或后倾）就可以实现送餐车送餐前进（或后退）。
因此两轮自平衡送餐车具有很大的开发意义，实现两轮送餐车后还可以做很多的其他的项目，比如两轮自平衡电动车等等。
第二章基本原理
2.1两轮自平衡送餐车整体框架
图1系统框架图
2.2送餐车直立控制
世界上还没有任何一个天才杂技演员可以蒙着眼睛使得木棒在自己指尖上直立，因为没有了眼睛观察进行负反馈，当木棒在人的指尖上直立时，眼睛观察到木棒的倾斜角度和倾斜趋势（角速度），相应的通过人脑做出反应，使手掌移动以抵消木棒的倾斜角度和趋势，从而保持木棒的直立。这就形成了反馈机制。其反馈机制如图2
MC9CXS128
红外遥控模块
电磁检测和GPS
模块 电机驱动模块
角度传感器和加速度传感器模块
图2反馈机制
车模平衡控制也是通过负反馈来实现的，与上面保持木棒直立比较则相对简单。因为车模有两个轮子着地，车体只会在轮子滚动的方向上发生倾斜。控制轮子转动，抵消在一个维度上倾斜的趋势便可以保持车体平衡了。如图2.2所示。
图3 通过车轮运动保持车模平衡
2.3速度控制
对于直立车模速度的控制相对于普通车模的速度控制则比较复杂。由于在速度控制过程中需要始终保持车模的平衡，因此车模速度控制不能够直接通过改变电机转速来实现。要实现对车模速度的控制，必须测量车模的实时速度，改变车模的倾角，以及如何根据速度误差控制车模倾角。
安装在电机输出轴上的光电编码器来测量得到车模的车轮速度。通过给定车模直立控制的设定值，在角度控制调节下，车模将会自动维持在一个角度。在车模直立控制下，为了能够有一个往前的倾斜角度，车轮需要往后运动，这样会引起车轮速度下降（因为车轮往负方向运动了）。由于负反馈，使得车模往前倾角需要更大。如此循环，车模很快就会倾倒。原本利用负反馈进行速度控制反而成了“正”反馈。如图4所示。