平衡小车工作原理
平衡小车工作原理
平衡小车是一种能够保持平衡并移动的智能机器人。它的工作原理可以分为两个主要部分：传感器和控制系统。
传感器部分：
1. 加速度传感器：平衡小车通常配备有三轴加速度传感器来检测加速度的变化。这些传感器可以测量小车的倾斜角度，并将这些数据传输给控制系统。
2. 陀螺仪：平衡小车上的陀螺仪用于测量旋转角速度。它通过检测小车的旋转变化来帮助维持平衡状态。
3. 编码器：设在电机上的编码器可测量车轮旋转的速度，这对控制小车的运动十分重要。
控制系统部分：
1. 微处理器：平衡小车上的微处理器执行控制算法。它获取传感器数据，进行计算并生成控制信号来控制电机的速度和方向。
2. PID控制算法：平衡小车通常使用PID（Proportional-Integral-Derivative）控制算法。这种算法通过比较当前的倾斜
角度和目标参考角度，利用比例、积分和微分项来调整电机速度和方向，以保持平衡状态。
3. 电机：平衡小车上通常搭载两个电机，它们控制车轮的速度和方向。控制系统根据传感器数据和算法输出的信号来控制电机的工作，以保持平衡状态。
根据传感器数据，控制系统通过调整电机的速度和方向来反馈给小车倾斜角度的变化，从而使小车能够保持平衡。当小车倾斜时，控制系统将相应地调整电机的工作，使倾斜角度减小。
通过不断地对小车进行调整，控制系统能够让小车保持平衡并前进或后退。
基于PID控制器的两轮自平衡小车设计
本科毕业设计 基于PID控制器的两轮自平衡小车设计 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。 本文在总结和归纳国内外对两轮自平衡小车的研究现状，提出了自己的两轮自平衡小车软硬件设计方案，小车硬件采用陀螺仪和加速度传感器检测车身的重力方向的倾斜角度和车身轮轴方向上的旋转加速度，数据通过控制器处理后，控制电机调整小车状态，使小车保持平衡。由于陀螺仪存在温漂和积分误差，加速度传感器动态响应较慢，不能有效可靠的反应车身的状态，所以软件使用互补滤波算法将陀螺仪和加速度传感器数据融合，结合陀螺仪的快速的动态响应特性和加速度传感器的长时间稳定特性，得到一个优化的角度近似值。 文中最后通过实验验证了自平衡小车软硬件控制方案的可行性。 关键词：自平衡互补滤波数据融合倒立摆 Two-wheeledSelf-balancingRobot MaXuedong (CollegeofEngineering,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China) Abstract:Thetwo-wheeledself-balancingrobotissmallinmechanism,withsimplest ructureandcanmakeflexiblemotion,目录 华南农业大学本科生毕业设计成绩评定表
自动跟随平衡小车的设计
自动跟随平衡小车的设计 1 绪论 1.1 研究背景与意义 1.1.1 研究背景 当今时代是产业智能化的时代，新兴的信息技术正在快速应用于各行各业，现代科学技术已经成为了产业变革最主要的推动力。根据《中国制造2025》计划所述，我国将加大力度对智能自动化工程、智能交互机器人、智能交通管理、智能电器、智能家居控制等产业进行引领和推动。此外，还应根据消费需求的动态感知，从研发、制造和产业组织模式等方面开发一系列新的制造模式。2018年12月底，全国工业和信息化部部署2019年工作，其涉及智能制造、信息消费、5G等领域。智能制造业的兴起和引起人们的重视，得益于人工智能的研究和发展，其可以理解为人工智能系统的前沿技术。人机一体化智能系统是智能化技术早期的应用探索之一，正在逐步发展成为一种混合智能技术。人机一体化智能系统的智能化应用主要体现在智能机械上，而对于人们的日常生活来说，智能化在在智能机器人的应用上体现得最为明显。在工业生产上，很多领域通过智能化装置的应用，实现了手动控制与自动控制的结合，节省了人力，降低了物料损耗，提升了生产效率和经济性。随着智能化在不同产业的生成过程中应用愈发广泛，其承担的作用也越来越重要。 1.1.2 研究意义 1.推进双轮自平衡车的智能化研究 自动跟随技术已经经历了很长时间的发展。早在很多年以前，国内外的研究人员就开始了对自动跟随技术具体应用的探索，设计出了自主跟随四轮小车，自主跟随无人机等作品。由于那个时期的自平衡车的相关技术还不成熟，导致很少有自动跟随技
术在平衡车上应用。在性质上，双轮自平衡车从属于智能机器人的发展范畴，在移动载具方面，它有所占空间小、驾驶灵活、容易停车且便于携带等特点，非常适合短距离的代步和应用于娱乐活动。但由于自平衡车在交通复杂的环境下，其安全性能并不稳定，并且对驾驶者的安全防护措施比较欠缺，导致自平衡车的交通事故发生频繁，事故损伤普遍偏重，致使现阶段很多城市都出台法令限制平衡车通行；另一方面，在平衡车跟随功能方面，小米正在成为先驱者，虽然小米平衡车的性能和适用范围还有很多不足之处，但自动跟随相关研究方向的正确性已被证明，这也将成为未来服务型机器人种类中特殊的一面。 2.绿色环保科技理念下新的成长力量 “绿水青山就是金山银山”，现在人们意识到了保护环境就是保护生产力。竭泽而渔，污染环境的生产方式已经走到了尽头，绿色发展，可持续发展才是正确的发展方向。绿色、环保、高效、健康、安全必然是我们建设科技强国的重大使命的立足之本。在科学技术迅猛发展的今天，绝不可将利益作为追求的首要指标，必须倡导推行清洁之上的发展准则。这个科技智能发展时代之下，特殊的底线和准则定能在可持续发展科技之路中谱写成为主篇章。 3.促进自动化向智能化的方向发展 当今时代是人工智能时代，人工智能的应用使得产业生产效率大幅提升，但与此同时，这也为自动化行业的技术人员提出了新的需求。传统的自动控制技术现在也在向着智能化进行着升级变革，自动化领域的研究人员也在不断地尝试着将各种新型的科技手段在此进行应用。在运输领域之中，京东的自动化仓库已经成为了行业领先者，其采用了很多种类的分拣机器人、自动导引运输车等智能化的先进科技；在交通领域，自动跟随无人机现已面世，当前已经有诸多团队投入到了自动化驾驶技术的研究中；在工业制造领域，自动化装置代替了大量人力的繁重作业，大幅度提升了生产开发效率；在高危电气应用中，利用智能化技术能够避免人员接触，保护人员的安全等等。可见，智能化的研究和发展是时代发展潮流大势，人人都可以受益于智能化技术的应用，这也是智能化领域进步的不竭动力。
两轮自平衡小车
摘要 两轮自平衡小车是一个高度不稳定两轮机器人，本质不稳定两轮小车是一种特殊轮式移动机器人，其动力学系统具有多变量、非线性、强耦合、参数不确定性等特性，是研究各种控制方法的一个理想平台。两轮自平衡小车就像传统的倒立摆一样，其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。其工作原理是系统以姿态传感器(陀螺仪、加速度计)来监测车身所处的俯仰状态和状态变化率，通过高速中央处理器计算出适当数据和指令后，驱动电动机产生前进或后退的加速度来达到车体前后平衡的效果。本文选用适当的控制器、执行电机和传感器，设计出两轮自平衡小车的驱动电路，实现了两轮小车的硬件控制系统。 关键词：两轮自平衡小车，陀螺仪，加速度计，PID控制，极点配置 1
Abstract Two wheels car is a since balance two rounds of robot highly unstable ,essence unstable two rounds of car is a kind of special wheeled mobile robots, its dynamics system has many variables, nonlinear and strong coupling, parameter uncertainty features, is the study of an ideal method of control platform. Two wheels cars like the balance of traditional inverted pendulum is the same, itself is a natural unstable body, must exert strong control means to enable them to stability. Its principle of work is system to posture sensor (gyroscopes, accelerometers) to monitoring body in pitch state and state rate, through high-speed CPU calculate the appropriate data and instructions, driving motor produce forward or backward in acceleration to achieve the effect of before and after the bodywork balance. This paper selects the appropriate controller, executive motor and sensor two rounds, and designed the car driver circuit since balance; realize the two rounds of car hardware control system. Keywords：two rounds of self balanced car；The gyroscope；Accelerometer；PID control；Pole placement 2
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) 5.1 PID概述 (11) 5.2 数字PID算法 (12) 5.3 PID控制器设计 (13) 六．硬件电路 (14) 七．制作困难 (15) 八．结论 (16) 九．参考文献 (16)
平衡小车平衡原理介绍
平衡原理 一、平衡小车原理 平衡小车是通过两个电机运动下实现小车不倒下直立行走的多功能智能小车，在外力的推拉下，小车依然保持不倒下。这么一说可能还没有很直观的了解究竟什么是平衡小车，不过这个平衡小车实现的原理其实是在人们生活中的经验得来的。如果通过简单的练习，一般人可以通过自己的手指把木棒直立而不倒的放在指尖上，所以练习的时候，需要学会的两个条件：一是放在指尖上可以移动，二是通过眼睛观察木棒的倾斜角度和倾斜趋势（角速度）。通过手指的移动去抵消木棒倾斜的角度和趋势，使得木棒能直立不倒。这样的条件是不可以缺一的，实际上加入这两个条件，控制过程中就是负反馈机制。 而世界上没有任何一个人可以蒙眼不看，就可以直立木棒的，因为没有眼睛的负反馈，就不知道笔的倾斜角度和趋势。这整个过程可以用一个执行式表达： 平衡小车也是这样的过程，通过负反馈实现平衡。与上面保持木棒直立比较则相对简单，因为小车有两个轮子着地，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。
所以根据上述的原理，通过测量小车的倾角和倾角速度控制小车车轮的加 速度来消除小车的倾角。因此，小车倾角以及倾角速度的测量成为控制小车直立 的关键。我们的平衡小车使用了测量倾角和倾角速度的集成传感器陀螺仪 -MPU6050 二、角度（物理分析PD算法） 图1 图2 控制平衡小车，使得它作加速运动。这样站在小车上（非惯性系，以车轮 作为坐标原点）分析倒立摆受力，它就会受到额外的惯性力，该力与车轮的加 速度方向相反，大小成正比。这样倒立摆(如图2)所受到的回复力为：公式1 F = mg sin θ-ma cos θ≈mg θ-mk1θ式1中，由于θ很小，所以进行了线 性化。假设负反馈控制是车轮加速度a与偏角θ成正比，比例为k1。如果比例 k1>g，（g是重力加速度）那么回复力的方向便于位移方向相反了。
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. Upon completion of the entire system, each module can be normal and to coordinate work. The vehicle can keep balancing in unmanned condition. At the same time, the vehicle can be adjusted independently then quickly restore stability when there is a moderate amount of interference. In addition, the vehicle also can achieve forward, backward, left and right turn and other basic movements. Key Words: Two-Wheel Self-Balance; Gyroscope; Gesture detection; Kalman filter; Data fusion II
平衡小车平衡原理介绍
平衡小车平衡原理介绍 平衡小车是一种能够自主实现平衡的机器人车辆。它的设计原理基于 倒立摆控制理论和PID控制算法。倒立摆是一个经典的控制系统问题，其 中一个质点位于一个可以自由旋转的杆的末端，通过控制杆的旋转来使质 点保持平衡。平衡小车的设计就是将这个控制系统原理应用到一个小车上，通过控制小车的前后倾斜来保持平衡。 平衡小车的核心部件是陀螺仪和电机，陀螺仪用于检测小车的倾斜角度，电机用于控制小车的运动。陀螺仪通常由一个旋转的发光二极管和一 个光电传感器组成，当小车倾斜时，发光二极管的旋转速度会发生变化， 光电传感器通过检测这个变化来确定小车的倾斜角度。根据陀螺仪检测到 的倾斜角度，控制系统会计算出需要施加在小车上的力矩，然后通过电机 来施加这个力矩，使小车保持平衡。 PID控制算法是控制系统中常用的一种调节方法，它通过比较实际输 出值和期望输出值的差距，计算出一个控制量来调节系统的输入，使输出 尽量接近期望值。在平衡小车中，PID控制算法根据陀螺仪检测到的倾斜 角度来计算出需要施加在小车上的力矩。计算过程中需要用到三个参数： 比例增益（P）、积分时间（I）和微分时间（D）。比例增益决定了控制 量与误差的线性关系，积分时间决定了积分效果的持续时间，微分时间决 定了微分效应对控制量的影响。通过调节这些参数，可以优化控制系统的 响应速度和稳定性。 平衡小车的控制系统通常采用闭环控制方式，即系统的输入受到输出 的影响。在控制过程中，控制系统会不断地检测小车的倾斜角度，计算出 需要施加在小车上的力矩，并通过电机来实现这个力矩。控制系统会不断
地修正小车的倾斜角度，使其保持在一个稳定的范围内，并自动调节控制 量来保持平衡。 然而，平衡小车的平衡原理并不代表它是完美无缺的。由于存在各种 系统误差和外界干扰，平衡小车仍然有可能失去平衡或者发生抖动。为了 提高平衡小车的性能，可以采用一些控制策略，如模糊控制、遗传算法等。此外，还可以利用传感器反馈和滤波技术来降低系统噪声和干扰对控制系 统造成的影响。 总之，平衡小车通过倒立摆控制理论和PID控制算法，利用陀螺仪和 电机实现了自主平衡。尽管存在各种挑战和限制，但平衡小车的核心原理 为我们进一步探索和应用控制技术提供了有益启示。
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 双轮自平衡车原理 总体方案 电路和程序设计 四、算法分析及参数确定过程
.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。在小车重心位置一定的情况下，质量增大，因为需要的回复力增大，比例控制系数增大；转动惯量变大，所以微分控制系数增大。 二.总体方案 ■小车总框图
两轮自平衡小车的设计
两轮自平衡小车的设计 设计原理： 两轮自平衡小车的设计原理基于倾角控制算法和正反馈控制理论。当 车身发生倾斜时，传感器将感知到倾角，并通过控制算法计算出合适的电 机控制信号，使车身产生逆倾的力矩，从而使车身重新回到平衡状态。当 车辆向前倾斜时，电机会产生足够的力矩向前旋转，使小车向前加速，反 之亦然。通过不断监控和调整车体的倾角，小车能够保持平衡，并根据用 户的指令进行前进、后退、转弯等动作。 硬件组成： 1.IMU：IMU是最核心的传感器之一，通常由陀螺仪和加速度计组成。陀螺仪用于测量车身的旋转角速度，加速度计则用于测量车身的倾角。通 过对陀螺仪和加速度计测量结果的融合，可以得到较为准确的车身姿态信息。 2.电机驱动器：电机驱动器用于控制电机的转速和方向。它接收来自 控制器的电机控制信号，并根据信号的大小和方向来调整电机的运转。常 见的电机驱动器有H桥驱动和PWM调速电路。 3.电机：两轮自平衡小车通常采用直流电机作为动力源。电机的规格 和功率根据车辆的大小和负载来确定。一般情况下，电机的转速和扭矩越高，小车的稳定性和运动性能越好。 5.控制器：控制器是小车的主要计算和决策中心。它接收来自IMU的 姿态信息，通过算法计算出电机控制信号，并将信号传递给电机驱动器。 控制器通常采用单片机或微控制器作为基础，并配备相应的传感器接口、 通信接口和控制算法。
软件控制： 1.姿态控制算法：姿态控制算法通过对IMU传感器测量数据的处理，确定小车的倾角，并根据倾角的变化来计算电机的控制信号。常见的姿态控制算法有PID控制器和卡尔曼滤波算法等。 2.运动控制算法：运动控制算法用于实现小车的前进、后退、转弯等动作。它通过根据用户的指令调整电机的转速和方向，使小车按照预定的路径和速度运动。常见的运动控制算法有速度控制和位置控制等。 3.用户界面：用户界面是与用户交互的界面，用于发送指令和接收反馈信息。用户可以通过按钮、摇杆等设备来控制小车的运动，并通过显示屏、LED灯等设备来获取小车的工作状态。 总结： 两轮自平衡小车是一种通过自主控制技术实现运动平衡的小型车辆。它以2个轮子为基础，通过传感器、控制算法和电机控制系统来实现自动平衡。通过合理的设计和优化，两轮自平衡小车可以实现快速、稳定和精准的运动控制，在智能移动平台、智能家居和教育娱乐等领域有广泛的应用前景。
两轮自平衡小车
两轮自平衡小车 1简介 两轮自平衡小车是一种特殊轮式移动机器人,其动力学系统具有多变量、非线性、强耦合、参数不确定等特性。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。通过运用外加速度传感器、角速度传感器等，可以实现小车的平衡自主前进。两轮自平衡小车，涉及到传感器的驱动，数据的处理，角度的计算，电机的控制等，内容比较丰富。 其原理看似简单，但谁都不能小看它，它绝对当得上“精妙”二字。近年来它的应用已较为普遍，研究也较为深刻。由于它具有体积小、运动灵活、零转弯半径等特点，将会在军用和民用领域有着广泛的应用前景。因为它既有理论研究意义又有实用价值，所以两轮自平衡小车的研究在最近十年引起了大量机器人技术实验室的广泛关注。 2 基本原理 2.1 基本构想 两轮自平衡小车共分三种运动状态： （1）前倾状态：即车身重心靠前，车身会向前倾斜，则驱动车轮向前滚动，以保持小车平衡。 （2）静止状态：即车身重心位于电机轴心线的正上方，则小车将保持动态平衡静止状态，不需要做任何控制。
（3）后仰状态：即车身重心靠后，车身会向后倾斜，则驱动车轮向后滚动，以保持小车平衡。 （4）因此，两轮自平衡小车平衡控制的基本思想是：是系统以姿态传感器(陀螺仪、加速度计)来监测车身所处的俯仰状态和状态变化率，通过高速中央处理器计算出适当数据和指令后，控制系统会根据测得的倾角产生一个相应的力矩，通过控制电机驱动两个车轮朝车身要倒下的方向运动，以保持小车自身的动态平衡。其图如下； （1）前倾（2）静止（3）后仰 2.2 硬件结构原理 自动化设备简单说来主要由三部分组成：传感器、控制器、执行器。两轮自平衡小车也是由这三部分组成。其结构原理如下：
两轮自平衡小车设计报告
两轮自平衡小车设计报告 设计报告：两轮自平衡小车 一、引言 二、设计理念 本设计希望实现一个简洁、稳定和高效的两轮自平衡小车。考虑到小 车需要快速响应外界环境变化，并迅速做出平衡调整，因此采用了传感器、控制器和执行机构相结合的设计思路。通过传感器获取小车倾斜角度和加 速度等数据，通过控制器对采集的数据进行处理和判断，并通过执行机构 实时调整车身的倾斜角度，以实现平衡行走。 三、原理 四、硬件结构 1.车身结构：车身由两个电机、一个控制器、一个电池和一个平衡摆 杆组成。 2.电机：采用直流无刷电机，具有较高的转速和输出功率。 3.控制器：采用单片机控制模块，能够对传感器数据进行处理和判断，并输出控制信号给电机。 4.传感器：主要包括陀螺仪、加速度计和倾斜传感器，用于感知小车 的倾斜角度和加速度等数据。 5.电池：提供小车的电力供应，保证小车正常运行。 五、软件控制
小车的软件控制主要包括数据处理和判断、控制信号生成和输出三个 方面。 1.数据处理和判断：通过获取的传感器数据，包括倾斜角度和加速度 等信息，根据预设的控制算法进行数据处理和判断。 2.控制信号生成：根据处理和判断得出的结果，生成相应的控制信号。控制信号包括电机的转动方向和速度。 3.控制信号输出：将生成的控制信号输出给电机，实现倒立摆的平衡。 六、小车性能测试 为了验证小车的设计和功能是否符合预期，进行了多项性能测试。 1.平衡行走测试：将小车放在平坦的地面上，通过传感器检测到小车 的当前倾斜角度并进行调整，实现小车的自平衡行走。 2.转向测试：在平衡行走的基础上，通过控制信号调整两个电机的速 度差，从而实现小车的转向。 3.避障测试：在平衡行走和转向的基础上，添加超声波传感器等避障 装置，实现小车的避障功能。 七、总结 通过本设计报告的详细介绍，我们可以看出两轮自平衡小车具备平衡 行走、转向和避障等功能，为用户提供了一个稳定、高效的移动平台。未来，我们将进一步优化小车的设计和控制算法，提高小车的性能和应用范围。
STM32平衡车
第一阶段 最近几年来，随着电子科学技术的进步和人们在自动控制领域取得的一系列成就，人们开始广泛的开展了对两轮平衡小车的研究。本文提出了一种两轮平衡小车，采用了STM32F103C8T6单片机作为控制核心，使用陀螺仪加速度计来读取小车的角度数据，OLED液晶显示屏来显示小车的数据，NRF24L01无线模块来调整小车的PID参数设计，TB6612FNG电机驱动模块来驱动直流电机，在数据处理方面本系统采用了四元数滤波算法滤除小车在运动过程中产生的噪声对角度数据产生的影响，使用PID算法来调整电机的转速和转向。 在整个系统的硬件焊接完成和软件代码设计完成以后，各个电路模块可以正常工作之后。打开电源，小车可以在无人工干预的情况下，保持直立状态，在使用控制上位机调节PID参数时，小车可以实现前进、后退、转向等动作。 关键字：角度数据、PID算法、四元数滤波算法、单片机 第二阶段 最近几年来，随着电子科学技术的进步和人们在自动控制领域取得的一系列成就，人们开始广泛的开展了对两轮平衡小车的研究 根据本课题立项的要求，我们要实现对小车的基本控制，我们可以将小车本身当做一个控制系统，将小车的两个车轮当做控制系统的输入变量。我们可以将整个系统分为三个部分 （1）小车平衡控制：当传感器检测到小车的倾斜角度发生变化时，通过PID控制算法输出PWM来改变小车的转速和速率。来保 持小车的动态平衡。
（2）小车速率控制：在小车保持动态平衡的基础上，通过控制上位机来改变小车车身的机械中值的设定，使小车的车身倾斜，PID 控制器为了实现平衡会改变小车的转速和转向。 （3）小车转向控制：通过传感器来获取Z轴的角加速度和控制两轮的差速来实现对小车的转向控制。 控制平衡小车的控制原理，可以从平时的生活的生活经验来理解，其控制原理就相当于一个人的掌心立着一个筷子，为了保持筷子的直立，需要不断地运动，在保持筷子达到动态平衡的过程中，需要观察筷子倾斜的方向角度，在向筷子要倒下的方向快速运动，产生一个反作用力。实际上是控制系统的负反馈机制。 自主平衡小车的控制原理就是通过负反馈来实现的，传感器负责检测小车的倾斜角度，当小车的车身倾斜时，就相对于地面产生倾斜，此时PID控制器通过角度数据输出响应的PWM值。来控制车轮的速度和转向。来实现小车的动态平衡。 在小车保持动态平衡的基础上，通过控制上位机来改变小车车身的机械中值的设定，使小车的车身倾斜，角度传感器将读取的角度数据传给主控板，为了保持车身平衡，PID控制器输入PWM值，改变车轮转向和转速。由于运用负反馈调节机制，小车回向倾斜的方向运动，倾斜角度越大，速度越快。