双轮自平衡小车小车开题报告完整版
两轮自平衡小车实习报告
实习报告：两轮自平衡小车设计与实现一、实习背景及目的随着科技的发展，机器人技术在各领域中的应用越来越广泛。
两轮自平衡小车作为一种具有自平衡能力的新型轮式车，能够在工业生产、安防系统、智能家居、物流网等领域发挥重要作用。
本次实习旨在学习和掌握两轮自平衡小车的设计原理和技术，培养实际动手能力和创新能力。
二、实习内容与过程1. 理论研究在实习开始阶段，我们对两轮自平衡小车的基本原理进行了深入研究。
通过查阅相关资料，了解了两轮自平衡小车的运动学模型、控制算法以及硬件系统设计等方面的知识。
2. 硬件设计根据实习要求，我们设计了两轮自平衡小车的硬件系统。
主要包括STM32单片机、陀螺仪、蓝牙模块、电机驱动模块、电源管理模块等。
在设计过程中，我们充分考虑了系统的稳定性和可靠性，选择了合适的硬件组件，并完成了各模块之间的电路连接。
3. 软件设计在软件设计阶段，我们采用了PID控制算法，实现了直立控制、速度控制和方向控制等功能。
通过编写程序，使得两轮自平衡小车能够在一定时间内自助站立并保持平衡。
同时，利用蓝牙模块实现了手机APP远程控制功能，方便用户对小车进行操作和控制。
4. 系统调试与优化在系统调试阶段，我们通过对小车的实际运行情况进行观察和分析，不断调整PID 参数，优化控制策略，提高了小车的平衡控制精度和稳定性。
同时，针对小车在实际运行中可能遇到的各种问题，我们采取了相应的措施，保证了系统的可靠性和安全性。
三、实习成果与总结通过本次实习，我们成功设计和实现了两轮自平衡小车。
小车具备了自平衡能力，能够在不同地形环境中灵活运动。
同时，通过手机APP远程控制功能，用户可以方便地对小车进行操作和控制。
总结：本次实习让我们深入了解了两轮自平衡小车的设计原理和技术，锻炼了实际动手能力和创新能力。
通过实习，我们掌握了PID控制算法在实际控制系统中的应用，学会了如何优化系统参数，提高了系统的控制精度和稳定性。
同时，我们也认识到在实际设计和实现过程中，需要充分考虑系统的可靠性和安全性，以满足实际应用需求。
双轮自平衡小车
主要用到 稳压芯lm2596 能够将7-12V 之间的输入电 压转化为5V的 输出电压。
每通道输出最高1.2 A的 连续驱动电流，启动峰 值电流达2A/3.2 A(连续 脉冲/单脉冲); 4种电机控制模式：正转 /反转/制动/停止; PWM支持频率高达 100kHz; 待机状态;片内低压检测 电路与热停机保护电路 工作温度：20-85℃ SSOP24小型贴片封装
float
最终确定P=20,D=0.011.
mpu6050
光码盘 32单片机控 制模块
蓝牙
电机驱动
优点：
角度测量与角加速度
测量于一体。
输出为数字信号，便
于储存和传输。
测量范围大，反应快。
mpu60 50
工作模式：主从机模 供电电压：3.3-3.6V 通讯距离：8-10M
HC-06
0 0 1 AIN2 0 1 0 停止 正转 反转
真值表： BIN1
0 0 1 BIN2 0 1 0 停止 正转 反转
A01、AO2接电机1的两 B01、BO2接电机2的
个脚
两个脚
功能描述：角度环控制函数
void
AngleControl(void) { g_fCarAngle = Roll - CAR_ZERO_ANGLE; g_fAngleControlOut = g_fCarAngle * g_fCarAngle_P + \gyro[0*g_fCarAng}le_D} 功能函数：速度环控制函数 void SpeedControl(void) g_fCarSpeed = (g_s32LeftMotorPulseSigma+ g_s32RightMotorPulseSigma ) * 0.5 ; g_s32LeftMotorPulseSigma = g_s32RightMotorPulseSigma = 0;
两轮平衡小车实习报告
两轮平衡小车实习报告一、前言随着科技的不断发展，机器人技术逐渐应用于各个领域，其中两轮平衡小车作为一种具有自平衡能力的新型轮式车，引起了广泛的关注。
本次实习报告主要介绍了两轮平衡小车的原理、设计及实际操作过程。
二、两轮平衡小车原理两轮平衡小车主要由控制系统、传感器、执行器等部分组成。
其工作原理是通过传感器实时检测车体姿态，将车体姿态信息传输给控制系统，控制系统根据车体姿态信息计算出相应的控制策略，并通过执行器实现对车轮的动态调整，使小车保持平衡。
三、两轮平衡小车设计1.硬件设计本次设计的两轮平衡小车采用STM32单片机作为控制核心，配备有MPU6050传感器用于姿态检测，使用TB6612FNG电机驱动模块实现车轮的控制。
此外，还使用了OLED显示屏用于显示实时数据。
2.软件设计在软件设计方面，主要采用了PID控制算法来实现车体的平衡控制。
首先，对MPU6050传感器采集到的数据进行处理，计算出车体的倾角；然后，根据倾角信息计算出控制电压，通过TB6612FNG电机驱动模块对车轮进行控制，以保持车体的平衡。
四、两轮平衡小车实际操作过程1.调试过程在实际操作过程中，首先需要对小车进行调试。
通过调整小车的重心位置，使其能够稳定站立。
调试过程中，发现小车在高速运动时容易失去平衡，通过减小驱动电压，提高小车的稳定性。
2.平衡控制实现在平衡控制实现方面，通过实时检测车体姿态，并根据姿态信息计算出控制电压，实现对车轮的控制。
在实际操作中，发现小车在平衡状态下运行平稳，能够实现前进、后退、转向等基本功能。
3.避障功能实现为了提高小车的实用性，我们为其添加了避障功能。
通过使用HC-SR04超声波传感器，实时检测小车前方的障碍物距离，并在检测到障碍物时，自动调整小车方向，实现避障。
五、总结通过本次实习，我们对两轮平衡小车的原理、设计及实际操作过程有了深入的了解。
两轮平衡小车作为一种具有自平衡能力的新型轮式车，具有占地面积小、转弯灵活等优点，其在未来的应用前景广阔。
两轮自平衡机器人系统设计的开题报告
两轮自平衡机器人系统设计的开题报告一、选题背景和意义随着人们生活水平的提升和科技发展的不断推进，人们对于出行工具的需求也越来越高。
在城市中，出租车、地铁、公交和步行等方式已经无法满足人们的需求。
近年来，两轮自平衡机器人开始逐渐引起人们的关注，其速度快、灵活多变，可控性好，适用范围广，受到了越来越多人的青睐。
并且，在纯电动出行的趋势下，两轮自平衡机器人也成为了出行工具市场的主流之一。
本文将针对两轮自平衡机器人的设计，开展相关研究，从而提高其技术水平和实用性，为广大用户提供更好的出行工具选择。
二、研究内容和技术方案1.目标功能本研究的主要目标是设计并实现一款性能稳定、指令响应迅速的两轮自平衡机器人系统，以满足用户的需求。
2. 硬件设备为了实现两轮自平衡机器人系统的目标，需要精心挑选硬件设备。
本文使用的硬件设备如下：（1）电机：使用高品质的无刷直流电机，提高其转动效率和能量利用效率。
（2）传感器：系统内部集成一系列的传感器，包括陀螺仪、加速度计、地磁仪等传感器，这些传感器能够对机器人状态进行实时监测，从而保证机器人的稳定性。
（3）控制芯片：控制芯片是机器人系统的核心部件，采用高效率、高稳定性、高性能的控制芯片可以更有效地实现系统控制。
（4）电池：使用优质电池，可以大大延长机器人的使用时间和续航里程。
3. 系统设计两轮自平衡机器人的系统设计主要包括机器人控制系统、机械结构设计和电源管理系统等。
（1）机器人控制系统：机器人的控制系统需要实时监测机器人状态，并根据实时数据进行调整。
控制系统具有高精度、快速响应、可靠稳定等特点。
对于控制系统，可以采用PID控制算法，该算法比较成熟，能够有效地控制机器人。
在系统设计过程中，还需要进行参数优化和控制算法调整，以提高机器人的控制性能。
（2）机械结构设计：机械结构设计主要包括重心设计、扭矩和转动力矩分析等内容。
机械结构设计需要具有坚固耐用、稳定性好、抗震性能强等特点，同时还需要考虑机器人的人性化设计，更好地服务于用户。
两轮自平衡小车的模糊滑模控制研究的开题报告
两轮自平衡小车的模糊滑模控制研究的开题报告第一部分：研究背景随着科技的迅速发展，人们对机器人的需求也越来越大。
而两轮自平衡小车作为其中一种机器人，被广泛应用于各个领域，如军事、安防、医疗、物流等。
在这些领域中，自平衡小车需要能够稳定运行，并具有高精度和高速度的控制能力。
因此，如何实现自平衡小车的精确控制成为当前的研究热点之一。
在自平衡小车控制领域，目前流行的控制方法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
其中，模糊控制是一种以模糊集合和模糊规则为基础的控制方法，具有适应性强、灵活性高、在环境变化时能有效地应对等优点。
而滑模控制则是一种对系统动态特性强鲁棒性的控制方法。
第二部分：研究目的与意义本研究旨在结合模糊控制和滑模控制两种控制方法，研究两轮自平衡小车的模糊滑模控制。
通过建立自平衡小车的数学模型，设计模糊滑模控制器，并在MATLAB/Simulink中进行仿真实验，验证控制算法的有效性和鲁棒性。
本研究的意义在于探究一种新的自平衡小车控制方法，以提高自平衡小车的运动精度和鲁棒性，并为未来进一步研究奠定基础。
第三部分：研究内容和方案本研究的研究内容和方案分为以下几个步骤：1. 自平衡小车动力学建模通过对两轮自平衡小车的动力学特性进行分析，建立自平衡小车的运动方程，同时对系统进行状态空间描述，得到系统状态方程。
2. 模糊滑模控制设计基于自平衡小车的数学模型，设计模糊滑模控制器。
其中，模糊控制器通过分析系统输出与期望输出之间的误差，引入模糊规则进行调节；滑模控制器则通过引入滑模面使系统在特定区域内运动，并消除外部扰动的影响。
3. MATLAB/Simulink仿真实验将控制算法输出的控制信号和系统状态方程输入到MATLAB/Simulink模拟平台中，进行仿真实验。
在仿真过程中，模拟外部扰动和干扰，以验证控制算法的鲁棒性和有效性。
第四部分：预期成果通过本研究的探究，预计能够得到以下预期成果：1. 建立两轮自平衡小车的数学模型，并验证模型的准确性；2. 设计模糊滑模控制器，并验证控制算法在控制小车运动中的有效性、鲁棒性和适应性；3. 通过仿真实验，验证控制算法的实用性和优越性。
两轮平衡车建模与系统设计的开题报告
两轮平衡车建模与系统设计的开题报告
一、选题背景
随着技术的不断发展，越来越多新型的运动方式开始普及，其中，
两轮平衡车逐渐成为了时尚休闲运动的代表。
而二十一世纪初，随着马
达电动机和陀螺仪等技术的成熟，两轮平衡车得以实现电动化，从而吸
引了更多人的关注。
但是目前，两轮平衡车市场存在着诸多问题，如车
身稳定性、动力系统的优化、安全性等方面，这些问题都需要通过建模
与系统设计加以解决。
二、研究意义
本次研究旨在建立两轮平衡车的动力学模型和控制模型，通过仿真
的方式对两轮平衡车进行控制策略的评估，并提出制约两轮平衡车系统
稳定性和控制性能的因素，从而为两轮平衡车的设计与控制提供必要的
理论基础和技术支持。
三、研究内容
本次研究主要内容包括以下三个方面：
1. 两轮平衡车的动力学建模
2. 控制系统的设计与实现
3. 仿真验证与性能评估
四、研究方法
1. 建立两轮平衡车的动力学模型，包括运动学模型和动力学模型。
2. 设计控制策略，包括PD控制策略、LQR控制策略等。
3. 建立基于MATLAB/Simulink的仿真模型，对两轮平衡车进行模拟。
4. 通过仿真模型验证控制策略的有效性，并对控制性能进行评估。
五、预期目标
本次研究的预期目标为，建立较为准确的两轮平衡车动力学模型和控制模型，实现控制策略的设计与实现，通过仿真验证控制策略的有效性，并提出优化建议。
期望该研究的成果能够为两轮平衡车的设计与控制提供理论依据和技术支持。
二轮平衡车系统的算法研究的开题报告
二轮平衡车系统的算法研究的开题报告一、选题背景随着城市化进程的加快，个人出行工具的种类也越来越多。
而二轮平衡车作为一款新型出行工具，因其小巧便携、省时省力、环保节能等特点，被越来越多的人所青睐。
然而，二轮平衡车的控制技术涉及多个学科，如机械、电子、控制等，其中算法研究是二轮平衡车控制的重要组成部分。
因此，对二轮平衡车控制算法的研究，有着重要的理论和实际意义。
二、研究内容本次开题报告的研究内容为二轮平衡车系统的算法研究，主要包括以下几个方面：1. 算法原理分析：分析二轮平衡车控制算法的原理，对常见的PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等进行深入剖析。
2. 模型建立与仿真：建立二轮平衡车的数学模型，并基于MATLAB平台进行仿真。
3. 实验设计与数据采集：设计实验方案，通过传感器采集实验数据。
4. 算法优化研究：基于实验数据对算法进行优化研究，提高控制效果。
三、研究意义本次研究旨在深入探究二轮平衡车控制算法的原理与实现方式，并在此基础上进行实验验证和优化研究。
对于提升二轮平衡车的控制效果，实现更加精准、稳定的控制具有重要意义。
同时，研究成果也可以为二轮平衡车的进一步研发提供参考。
四、研究方法本次研究采用了文献综述、理论研究、仿真实验、数据采集和算法优化等研究方法，从理论到实验全方位地探讨二轮平衡车算法优化的问题。
五、研究进度目前，本次研究已完成文献综述和算法原理的分析，正在进行二轮平衡车的模型建立和仿真实验设计的工作。
六、预期成果预计本次研究的成果将包括：1. 二轮平衡车控制算法的原理分析和仿真实验结果。
2. 二轮平衡车的控制效果优化研究成果。
3. 研究论文和报告。
七、结论本次研究旨在深入探究二轮平衡车控制算法的原理和实现方式，并通过实验验证和优化研究，提高控制效果。
预期成果包括算法原理分析、仿真实验结果和研究成果等。
通过本次研究的探讨，将探索二轮平衡车控制技术的发展方向，为二轮平衡车的应用和发展提供参考。
自平衡小车开题报告
Department of Control Science and Engineering in HIT Shenzhen平衡小车设计方案
组员 黄涛 陶玉龙 王亚龙 梁华盛
哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程
Department of Control Science and Engineering in HIT Shenzhen Graduate School
哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程
Department of Control Science and Engineering in HIT Shenzhen Graduate School
硬件电路搭建： （1） 单片机最小系统：包括AVR单片机，程序下 载调试接口等； （2） 陀螺仪与加速度计：包括传感器信号放大滤 波电路； （3） 速度检测：检测电机光电码盘脉冲频率； （4） 电机驱动：驱动两个电机运行功放电路； （5） 电源：电源电压转转换，稳压，滤波电路； （6）设置与调试：显示系统运行状态与监控
哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程
Department of Control Science and Engineering in HIT Shenzhen Graduate School
五.可行性分析
目前我们组的定位是首先AVR单片机控制电路实 现小车自主平衡。速度和方向控制计划用红外遥 控实现，放弃使用在软硬件设计方面要求很高的 自主寻迹。
谢谢
电机运动控制作用： 1.通过电机加速度控制实现 小车平衡稳定。 2.通过电机速度控制，实现 小车恒速运行和静止。 3.通过电机差速控制，实现 小车方向控制。
哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程
双轮自平衡车设计报告
双轮自平衡车设计报告学院…………..........班级……………………姓名………………..手机号…………………..姓名………………..手机号…………………..姓名………………..手机号…………………..目录一、双轮自平衡车原理二、总体方案三、电路和程序设计四、算法分析及参数确定过程一.双轮自平衡车原理1.控制小车平衡的直观经验来自于人们日常生活经验。
一般的人通过简单练习就可以让一个直木棒在手指尖上保持直立。
这需要两个条件：一个是托着木棒的手掌可以移动；另一个是眼睛可以观察到木棒的倾斜角度和倾斜趋势（角速度）。
通过手掌移动抵消木棒的倾斜角度和趋势，从而保持木棒的直立。
这两个条件缺一不可，让木棒保持平衡的过程实际上就是控制中的负反馈控制。
图1 木棒控制原理图2.小车的平衡和上面保持木棒平衡相比，要简单一些。
因为小车是在一维上面保持平衡的，理想状态下，小车只需沿着轮胎方向前后移动保持平衡即可。
图2 平衡小车的三种状态3.根据图2所示的平衡小车的三种状态，我们把小车偏离平衡位置的角度作为偏差；我们的目标是通过负反馈控制，让这个偏差接近于零。
用比较通俗的话描述就是：小车往前倾时车轮要往前运动，小车往后倾时车轮要往后运动，让小车保持平衡。
4.下面我们分析一下单摆模型，如图4所示。
在重力作用下，单摆受到和角度成正比，运动方向相反的回复力。
而且在空气中运动的单摆，由于受到空气的阻尼力，单摆最终会停止在垂直平衡位置。
空气的阻尼力与单摆运动速度成正比，方向相反。
图4 单摆及其运动曲线类比到我们的平衡小车，为了让小车能静止在平衡位置附近，我们不仅需要在电机上施加和倾角成正比的回复力，还需要增加和角速度成正比的阻尼力，阻尼力与运动方向相反。
5 平衡小车直立控制原理图5.根据上面的分析，我们还可以总结得到一些调试的技巧：比例控制是引入了回复力；微分控制是引入了阻尼力，微分系数与转动惯量有关。
在小车质量一定的情况下，重心位置增高，因为需要的回复力减小，所以比例控制系数下降；转动惯量变大，所以微分控制系数增大。
两轮自平衡载具的设计的开题报告
两轮自平衡载具的设计的开题报告设计主题：两轮自平衡载具的设计研究背景和意义：近年来，随着科技的不断发展和人们生活水平的提高，人们对于出行方式和工具的需求也在不断变化。
由于城市化进程的加速，城市内部交通拥堵的问题也日益突出，因此寻找新型出行方式成为了人们关注的焦点。
两轮自平衡载具作为一种新型出行工具，因其小巧、轻便、灵活等特点，成为了现代都市中的时尚出行方式。
该专题旨在研究两轮自平衡载具的设计，希望通过对其设计理论、操作原理、结构特点、电动机驱动系统等多个方面的研究，进一步了解其基本原理和制作方法，为日后实际生产中提供有益的指导。
研究内容和方案：1.两轮自平衡载具的基本原理和设计理论；2.两轮自平衡载具操作原理的研究；3.两轮自平衡载具结构特点的分析和研究；4.两轮自平衡载具驱动系统的设计研究。
研究方法：1.文献资料法：对两轮自平衡载具的相关理论和制作方法进行系统性梳理和分析；2.对比研究法：将不同型号或不同品牌的两轮自平衡载具进行对比研究，找出其优缺点和改进空间；3.仿真模拟法：利用仿真软件对两轮自平衡载具的设计进行模拟和实验，找出其最优解决方案。
预期目标和成果：1.深入阐述两轮自平衡载具的设计理论和基本原理；2.详细介绍两轮自平衡载具结构特点及其优缺点；3.分析两轮自平衡载具怎样通过电动机驱动系统来实现平衡；4.提出改善和创新方案，希望能够更好的满足市场需求。
参考文献：1.程颂.两轮平衡车的综合设计[D].河南科技大学,2015.2.谢建平.两轮平衡车驱动系统设计[D].长春理工大学,2009.3.赵美玲,李晓光.三种马达驱动下的两轮平衡车运动控制比较[J].计算机仿真,2018(4): 176-180.4.郭金花.两轮自平衡车结构设计及完善应用[J].科技资讯,2017(1): 109-110.。
单片机控制单轴双轮自动平衡小车设计开题报告剖析
毕业设计（论文）
开题报告
题 目：单片机控制单轴双轮自动平衡小车设计
系 别：电气工程系
专 业：电气工程及其自动化
班 级：
学号
学生姓名：
指导教师：
2016年 3月
双轮自平衡小车小车开题报告材料
Harbin University Of Science And Technology科研训练开题报告两轮自平衡车系统设计学校：哈尔滨理工大学学院：自动化学院专业：电子信息科学与技术班级：电技11-1姓名：邓敏学号：1112020103日期：2014.12.08三、研究方案、技术路线3.1 小车动态平衡的基本原理如下图一所示：图一动态平衡原理图两轮自平衡机器人系统是一个复杂的机电系统，设计两轮自平衡机器人需要设计其机械系统、电系统及软件。
而电系统是包括控制处理器、传感器、执行机构和电源的一个复杂系统。
软件设计需设计机器人的工作流程。
因此要设计一个完整的两轮自平衡机器人系统就需要对这些部分分别进行设计并整合，才能完成两轮自平衡机器人系统的设计。
3.2 两轮自平衡机器人机械系统设计两轮自平衡机器人结构上最显著的特点在于其只有两个轮子，而且这两个轮子要同轴安装分别驱动。
当然，一个完整的两轮自平衡机器人还包括控制处理器、传感器、执行机构、电源等期间。
如何将这些系统部件合理地安装在一起，需要机械结构系统的设计。
这部分的设计由具体安装时根据不同模块的轻重来安排设计，总体上让小车承受的重力基本平衡即可。
3.3 两轮自平衡机器人电系统设计两轮自平衡小车要完成其自平衡的功能，首先需要有其感知器官，感知自身的姿态，例如，倾角、倾角速度等，得到这些信息需要选择一些合适的传感器。
而传感器检测到的信号，需要一个数字处理中心来接收处理，才能成为有用的信息。
因此还需要选择一个嵌入式的处理器。
在嵌入式处理器中，不仅仅要处理来自传感器的信息，还要对这些信息综合分析得出维持机器人平衡的需要采取的措。
DSP实验开题报告
实验开题报告——两轮自平衡小车小组负责人：康鹏；组员：黎明光，江立斌，李玲瑶自平衡小车作为移动机器人的一种，是一个研究关于不稳定、多耦合、时变、参数不确定的非线性高阶方程问题。
作为一个不稳定的系统模型，非常适合我们做姿态控制系统研究。
我们先用动力学方法，对自平衡小车系统做力学建模，对自平衡小车的硬件结构做出设计。
同时，为了改善系统性能，我们设计一个数字滤波算法。
最后，我们设计出自平衡小车相应的控制算法。
自平衡小车是基于倒立摆的一种不稳定系统。
因其具有可以实现原地回转和任意半径转向，移动轨迹灵活且减少占地面积等特点，所以是一个极具潜力的实验平台。
同时通过对自平衡小车控制进行研究，它的成果能够推广到其他类似的领域，其因而成为了国内外研究的热点之一。
目前国内外学者已经制作出了各种类型的二轮自平衡小车。
本文主要通过对自平衡小车进行动力学分析，建立数学模型以及设计数字滤波器等手段，为两轮自平衡小车的设计以及控制算法的优化提供依据。
1 动力学建模[1]为地面对车轮的摩擦力，为车体对车轮作用力的水平分量，为电机输出给车轮的作用力矩，为车轮质量，为车轮位移，R 为车轮半径，I 为车轮的转动惯量，为车轮转过角度。
先对一个车轮建立方程，由牛顿第二定律得水平方向合力为得(1-1)绕轮轴心的转动力矩角加速度转动惯量⨯=∑0M所以(1-2)(1-1)和(1-2)约去得到(1-3)转动半径线加速度角加速度=∴∴(1-4)F为两个车轮对车体的水平作用力的合力且，N为两个车轮对车体的垂直作用力合力，为车体质量，为车体轴线和铅垂线的夹角。
水平方向上对车体进行建模为车体在水平方向的位移，为车轮在水平方向的位移，为车体质心相对于车轮的水平位移。
车体水平方向合力(1-5)F 为车轮对车架的水平推力，为车架转动时的向心加速度在x 方向的水平分量，为车价摆动时垂直于车架产生的惯性力在水平方向的分力。
沿车架垂直方向的合力为又∵∴(1-6)以质心为转轴合外力矩(1-7)由(1-4)和(1-5)消去F 得=++22222)(2dt X d R I m dt X d m Lc cp p c p p c Ldt d l m dt d l m R M θθθθcos sin )(222--（1-8）由(1-6)*l+(1-7)得(1-9)∵∴p θ为小角度∴做近似代换p p θθ≈sin∴1cos ≈p θ∴有(1-10)将(1-8)和(1-9)线性化后联立得到∴整理得解得因为我们只考虑两轮转速相同，小车沿直线前进的情况∴我们可以得到结论，车体的偏转角和电机输出的力矩和当前车体在水平方向的加速度有关。
两轮自平衡机器人的控制技术研究的开题报告
两轮自平衡机器人的控制技术研究的开题报告一、选题背景和意义随着现代科技的发展，智能机器人已经开始走进人们的生活，而自平衡机器人作为智能机器人中的一种，具有较高的实用价值和市场前景。
自平衡机器人可以使用不同的方式实现其自平衡功能，比如使用陀螺仪、加速度计、控制电机等技术手段。
而其控制技术又是保证机器人运动稳定的关键。
本研究选取了两轮自平衡机器人的控制技术作为研究方向，通过对该领域的探索和研究，对于相关的机器人控制技术的提高和应用推广将会具有重要的意义。
二、研究内容和目标本研究的研究内容包括两轮自平衡机器人的硬件构造和控制策略等方面。
重点研究以下几个方面：1、两轮自平衡机器人的机械设计：根据现有的机器人构造，对机器人的整体结构、外形、材料等进行选择和设计。
2、两轮自平衡机器人的电子硬件设计：根据机器人的机械设计，决定机器人的电路板的设计方案，并制作出相应的电路原型。
3、两轮自平衡机器人的控制算法设计：研究机器人的平衡控制算法，设计对应的算法。
4、两轮自平衡机器人的实验验证：基于设计好的机器人控制算法和硬件系统，进行相应的实验验证，检验所设计控制算法的正确性和可行性。
三、研究方法和技术路线本研究整体采用四步走的方法：第一步：常规综述，翻阅相关行业资料，官方论文，累计掌握两轮自平衡机器人控制技术的前沿研究成果。
第二步：设计机械收缩并予以制作，加工、焊接、铆接等需要的工序，保证机器人基础结构的OK水平。
第三步：设计机器人的控制算法，测试其自平衡能力。
第四步：通过对机器人的控制策略进行优化和修改，最优化机器人自平衡的效率和稳定性。
四、预期结果本研究最终预期实现两轮自平衡机器人的控制技术和算法的优化和完善，能够使机器人在更多的地方和场合中得到应用和推广。
同时，本研究也将有助于了解现代机器人控制技术的发展趋势，推动该领域的不断前进。
单片机控制单轴双轮自动平衡小车设计开题报告剖析
[11]张培仁.基于16/32位处理器机器人控制系统设计与实现[M].北京:清华大学出版社, 2006
[12]屠运武,徐俊艳,张培仁.自平衡控制系统的建模与仿真[J].系统仿真学报.2004
[13]刘斌.两轮自平衡小车软硬件研发与基于模糊线性化模型的变结构控制研究.西安电子科技大学工学硕士学位论文.2009
调研计划：第1-2周：文献查找，主要是建立平衡车系统总体方案设计的雏形；第3-5周;确定主要硬件电路各部件的选型，以及总体方案的设计；第6-8周：硬件电路设计及部分电路制作；第9-11周：编写系统控制程序及进行初步的系统调试；第12-15周：总结整个设计过程中的不足之处，完成设计报告。
参考文献
[1]王晓宇.两轮自平衡机器人的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2007
4完成论文的条件、方法及措施，包括实验设计、调研计划、资料收集、参考文献等内容：
条件方法和措施：小车的最初设计方案比较；设计单片机最小系统电路原理图；对小车单片机最小系统STM32进行最初的使用练习，例如简单地点亮LED灯、定时析，建立设计思路，设计总体方案，硬件工作原理分析，各元器件引脚功能资料收集，主程序设计；学习本设计涉及到的主要算法包括PID控制算法；卡尔曼滤波，可以参考原来已有的单片机控制单轴双轮自动平衡小车PID参数设定方法和经验。
控制系统的设计：整个控制过程分为以下几步，第一步，主控芯片STM32首先采集姿态传感器MPU6050的数据，经过卡尔曼滤波，就得到了车身的姿态信息，第二步，根据此角度做PID调节，得到小车两个电机的PWM脉宽，再调整轮子速度，使它的俯仰角为零。之后就是重复采集、处理、调节、处理这一过程。然后，在这个基础上，给两电机加PWM值，就会实现小车的前进，倒退。软件设计流程是：首先单片机初始化，在获取车身姿态数据，经过卡尔曼[]融合算法，PID控制完成小车直立速度控制。
双轮自平衡小车小车开题报告
五、进度安排
1、2014 年 12 月 08 日 2、2014 年 12 月 09 日 3、2014 年 12 月 10 日 4、2014 年 12 月 11 日 5、2014 年 12 月 15 日 6、2014 年 12 月 17 日 7、2014 年 12 月 19 日 8、2014 年 12 月 23 日 9、2014 年 12 月 25 日 10、2014 年 12 月 27 日
2.2 研究目标
设计一款可以独立行走的双轮自平衡小车，一个集动态决策和规划、环境感 知、行为控制和执行等多种功能于一体的综合复杂系统，其关键是在解决自平衡 的同时，还能够适应在各种环境下的控制任务。通过运用外速度传感器、角速度 传感器等，可以实现小车的平衡自主前进。
2.3 拟解决的关键技术问题
两轮自平衡小车是一个集动态决策和规划、环境感知、行为控制和执行等多 种功能于一体的综合复杂系统，其关键是在解决自平衡的同时，还能够适应在各 种环境下的控制任务。通过运用外速度传感器、角速度传感器等，可以实现小车 的平衡自主前进。技术关键：① 测量小车的姿态、速度等；② 使用处理芯片对 姿态信息进行处理；③ 使用控制芯片，用模糊控制方法控制小车。主要技术指 标：在一定角度内实现平衡，受外界一定干扰能自主恢复平衡等。
1.2 国内外研究现状及发展动态
两轮自平衡小车自问世以来，迅速成为研究各种控制理论的理想平台，具 有重大的理论意义，这要归功于她不稳定的动态性能和系统所具有的非线性。
两轮自平衡小车设计报告
沈阳工业大学信息科学与工程学院第五届创新杯大学生电子设计竞赛双轮自平衡小车摘要: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TB6612控制小车两个电机，来使小车保持平衡状态，通过手机蓝牙与小车上蓝牙模块连接以控制小车运行状态。
关键字：智能小车；单片机；陀螺仪；蓝牙模块。
一、系统完成的功能根据老师的指导要求，在规定的时间内，由团队合作完成两轮自平衡小车的制作，使小车在一定时间内能够自助站立并且自由行走，以及原地转圈，上坡和送高处跃下站立。
二、系统总体设计原理框架图图2.1 系统总体框图三.系统硬件各个组成部分介绍3.1.STM32单片机简介（stm32rbt6）主控模块的STM32单片机是控制器的核心部分。
该单片机是ST意法半导体公司生产的32位高性能、低成本和低功耗的增强型单片机，它的内核采用ARM 公司最新生产的Cortex—M3架构，最高工作频率可达72MHz，256K的程序存储空间、48K的RAM，8个定时器／计数器、两个看门狗和一个实时时钟RTC，片上集成通信接口有两个I2C、3个SPI、5个USART、一个USB、一个CAN、两个和一个SDIO，并集成有3个ADC和一个DAC，具有80个I／0端口。
STM32单片机要求2.0～3.6V的操作电压(VDD)，本设计采用5.0V电源通过移动电源给单片机供电。
3.2.陀螺仪传感器陀螺仪可以用来测量物体的旋转角速度。
本设计选用MPU-6050。
MPU-60X0 是全球首例9 轴运动处理传感器。
它集成了3 轴MEMS 陀螺仪，3 轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP（Digital Motion Processor），可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。
扩展之后就可以通过其I2C 或SPI 接口输出一个9 轴的信号（SPI 接口仅在MPU-6000 可用）。
MPU-60X0 也可以通过其I2C 接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器MPU-60X0 对陀螺仪和加速度计分别用了三个16 位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。
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参加科研训练开题报告会，确定科研训练题目 准备完成开题报告书 完成科研训练开题报告书 电路板焊接 结构设计与调 硬件电路调试 软件调试 联合调试 综合测试 答辩与成绩评定
六、预期成果
设计一款可以独立行走的双轮自平衡小车,并完成报告总结。
七、成绩评定
日
指导教师签字：
年
月
定的研究。本作品旨在前人的研究基础上，加上了自己的一些创新技术，使自
己设计的小车满足一定场合的要求。创新点：使用 MEMS 陀螺、加速度计来测
姿、测速等，采用模糊控制来控制小车，实现小车的平衡。
五、进度安排
1、2014 年 12 月 08 日 2、2014 年 12 月 09 日 3、2014 年 12 月 10 日 4、2014 年 12 月 11 日 5、2014 年 12 月 15 日 6、2014 年 12 月 17 日 7、2014 年 12 月 19 日 8、2014 年 12 月 23 日 9、2014 年 12 月 25 日 10、2014 年 12 月 27 日
两轮自平衡小车是一个集动态决策和规划、环境感知、行为控制和执行等 多种功能于一体的综合复杂系统，其关键是在解决自平衡的同时，还能够适应 在各种环境下的控制任务。通过运用外速度传感器、角速度传感器等，可以实 现小车的平衡自主前进。
近十年来，两轮自平衡机器人引起同外许多研究机构和机器人爱好者极大
关注，各种基于不同目的、不同设计方案和控制策略的自平衡系统相继而生。 在这方面国外的研究比较超前，研制出了一些具有代表性的机器人。
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电源模块
单 片图二 系统框图 机
电机驱动模块
传感器模块
四、项目特色与创新之处
特色：（1）能够实现在原地回转和任意半径的转向，有更加灵活易变的移
动轨迹很好地弥补了传统多轮布局的缺点；（2）具有占地面积小的优点，能够
在场地面积很小或者要求灵活运输的场合上使用；（3）车的结构上有很大的简
化，可以把车做的更轻更小；（4）有着较小的驱动功率，能够让电池长时间供
研究目标
设计一款可以独立行走的双轮自平衡小车，一个集动态决策和规划、环境 感知、行为控制和执行等多种功能于一体的综合复杂系统，其关键是在解决自 平衡的同时，还能够适应在各种环境下的控制任务。通过运用外速度传感器、 角速度传感器等，可以实现小车的平衡自主前进。
拟解决的关键技术问题
两轮自平衡小车是一个集动态决策和规划、环境感知、行为控制和执行等 多种功能于一体的综合复杂系统，其关键是在解决自平衡的同时，还能够适应 在各种环境下的控制任务。通过运用外速度传感器、角速度传感器等，可以实 现小车的平衡自主前进。技术关键：① 测量小车的姿态、速度等；② 使用处 理芯片对姿态信息进行处理；③ 使用控制芯片，用模糊控制方法控制小车。主 要技术指标：在一定角度内实现平衡，受外界一定干扰能自主恢复平衡等。
增加，某些功能会受到限制。两轮自平衡移动小车却无这方面的约束，重心的
高低引起的不平衡已经通过动态平衡原理解决。因此重心的高低无严格限制，
节省占地面积，可用在场地面积较小或要求灵活运输的场合；（7)驱动功率较
小，为电池长时间供电提供了可能，为环保轻型车提供了一种新的思路。
创新之处：利用惯性技术、模糊控制使两轮小车保持平衡，国内外都有一
设计出一款可以独立行走的双轮自平衡小车，一个集动态决策和规划、环 境感知、行为控制和执行等多种功能于一体的综合复杂系统，其关键是在解决 自平衡的同时，还能够适应在各种环境下的控制任务。通过运用外速度传感 器、角速度传感器等，可以实现小车的平衡自主前进。
国内外研究现状及发展动态
两轮自平衡小车自问世以来，迅速成为研究各种控制理论的理想平台，具 有重大的理论意义，这要归功于她不稳定的动态性能和系统所具有的非线性。
两轮自平衡机器人电系统设计
两轮自平衡小车要完成其自平衡的功能，首先需要有其感知器官，感知自 身的姿态，例如，倾角、倾角速度等，得到这些信息需要选择一些合适的传感 器。而传感器检测到的信号，需要一个数字处理中心来接收处理，才能成为有 用的信息。因此还需要选择一个嵌入式的处理器。在嵌入式处理器中，不仅仅 要处理来自传感器的信息，还要对这些信息综合分析得出维持机器人平衡的需 要采取的措施，因此选择的嵌入式处理器不仅仅担负着信息采集的任务，还扮 演着作为控制器的角色。最后，需要有执行机构在控制周期内去执行处理器做 出的判断。因此，在两轮自平衡机器人电系统的设计中，处理器、传感器、以 及执行机构的选择是至关重要的。
近十年来，两轮自平衡机器人引起同外许多研究机构和机器人爱好者极大 关注，各种基于不同目的、不同设计方案和控制策略的自平衡系统相继而生。 在这方面国外的研究比较超前，研制出了一些具有代表性的机器人，国内的研 究基本上处于理论研究与实践的初期，只开发出了少数的实验原型机。
中国科学技术大学自动化系和力学系多位教授、博导、博士、硕士研究生 和本科生联合研制完成的科研成果，又名自平衡电动代步车，是实用的两轮自 动平衡车，己能实用化，两轮自平衡机器几是将倒立摆原理移植到移动机器人 上的概念。关于倒立摆的研究多年来国内外已经研究非常成熟，其文献也相当 之多，然而更重要的是如何将倒立摆有效地应用在移动机器人上。
两轮自平衡机器人系统是一个复杂的机电系统，设计两轮自平衡机器人需 要设计其机械系统、电系统及软件。而电系统是包括控制处理器、传感器、执 行机构和电源的一个复杂系统。软件设计需设计机器人的工作流程。因此要设 计一个完整的两轮自平衡机器人系统就需要对这些部分分别进行设计并整合， 才能完成两轮自平衡机器人系统的设计。
双轮自平衡小车小车开 题报告
HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
Technology
Harbin University Of Science And
科研训练开题报告
两轮自平衡车系统设计 学校：哈尔滨理工大学 学院：自动化学院 专业：电子信息科学与技术 班级：电技 11-1 姓名：邓敏 3
以上是国内外两轮自平衡小车的研究现状，这些小车都对本课题的研究提 供了很好的指导作用。然而，这些机器人的有关资料中并没有对机器人速度控 制的详细介绍。
二、项目研究内容、研究目标以及拟解决的关键技术问题
项目研究内容
1) 两轮自平衡小车物理实体的设计，各部分之间的硬件连接，搭建。 2) 小车角速度传感器，加速度传感器对自身信息的采集，并实现采集的信 息对单片机进行传送。 3）单片机软件的设计，实现对小车的信息采集控制。
早在 1 986 年，日本电通大学教授山藤高桥最先提出了两轮自平衡机器人 的概念，并制造了一个在导轨上的两轮倒立摆机器人。这个基本的概念就是用 数字处理器来侦测平衡的改变，然后以平行的双轮来保持机器的平稳。这款被 山藤高桥称为平行自行车的机器人开创了两轮自平衡机器人研究的先河。
美国 Segway LLC 公司开发的 Segway HT 两轮平台电动车把人们从传统的 “ 三点平衡 ”和以低重心、大商稳的底盘设计来避免倾斜的束缚中解脱出 来，通过检测车体的角度和角述度．用适当的回复转矩来避免倾刳摔倒。系统 利用 5 个惯性比率传感器(陀螺仪)、2 个倾角侍感器、电机编码器和一世光学 脚垫传感嚣把系统的的状态提供给了控制器，控制器经过运算确定输入给电机 的能量大小。
项目名称
两轮自平衡系统设计
项目类型
起止时间
指
姓名
导 姓名
教
师
姓名
科研训练
2014 年 12 月 8 日 至 2014 年 12 月 27 日
徐军
职务/职称
刘燕
职务/职称
讲师
一、立项依据
研究目的及意义
近年来，两轮自平衡小车的研究开始在美国、日本、瑞士等国得到迅速的 发展。建立了多个实验原机型，提出来众多解决平衡控制的方案，并对原机型 的自动平衡性能与运动特性进行了验证。通过对两轮自平衡系统的改造，可快 速方便的应用到众多环境中去，如承载、运输、代步等。这其中蕴藏着巨大的 商机，相应有些国外公司现在已经推出了商业化产品，并且已经投放到了市 场。
两轮自平衡机器人机械系统设计
两轮自平衡机器人结构上最显着的特点在于其只有两个轮子，而且这两个 轮子要同轴安装分别驱动。当然，一个完整的两轮自平衡机器人还包括控制处 理器、传感器、执行机构、电源等期间。如何将这些系统部件合理地安装在一 起，需要机械结构系统的设计。这部分的设计由具体安装时根据不同模块的轻 重来安排设计，总体上让小车承受的重力基本平衡即可。
电，为环保型轻车提供了一种新的概念；（5)机器人的平衡是个动态过程；机
器人在平衡点附近不停地变化进行调节以保持平衡；（6)重心的高度对小车运
动和硬件设计的限制小。多轮(三轮或以上)移动小车虽然可以稳定地平衡，可
是重心过高则小车启动或急停时，有倾倒的危险。因此重心必须要求很低，设
计时总是拉大小车的水平截面积，降低高度。这样会造成小车体积变大，质量
两轮自平衡小车两轮共轴、独立驱动、车身重中心位于车轮轴上方，通过 运动保持平衡，可以直立运动，因为特别的结构，它对于地形的变化有很强的 适应能力，有着良好的运动性能，能够在比较复杂的环境里面的工作，和传统 的轮式移动机器人相比较，两轮自平衡小车有着以下的几个优点：（1）能够 实现在原地回转和任意半径的转向，有更加灵活易变的移动轨迹很好地弥补了 传统多轮布局的缺点；（2）具有占地面积小的优点，能够在场地面积很小或 者要求灵活运输的场合上使用；（3）车的结构上有很大的简化，可以把车做 的更轻更小；（4）有着较小的驱动功率，能够让电池长时间供电，为环保型 轻车提供了一种新的概念；（5) 机器人的平衡是个动态过程；机器人在平衡 点附近不停地变化进行调节以保持平衡；（6) 重心的高度对小车运动和硬件 设计的限制小。多轮(三轮或以上)移动小车虽然可以稳定地平衡，可是重心过 高则小车启动或急停时，有倾倒的危险。因此重心必须要求很低，设计时总是 拉大小车的水平截面积，降低高度。这样会造成小车体积变大，质量增加，某 些功能会受到限制。两轮自平衡移动小车却无这方面的约束，重心的高低引起 的不平衡已经通过动态平衡原理解决。因此重心的高低无严格限制，节省占地 面积，可用在场地面积较小或要求灵活运输的场合；（7) 驱动功率较小，为 电池长时间供电提供了可能，为环保轻型车提供了一种新的思路。鉴于这些特 点，两轮自平衡小车有着相当广泛的应用前景。