自平衡车样稿.doc

一、基础原理[url=][/url] 　　
本项目机器人是一辆简易型双轮自主平衡小车，经过一个简单机械式传感器获取小车姿态，并经过调整小车前后运动方向，使得小车依靠两轮也能保持一个直立平衡。
1、运动机理[url=][/url] 　　
双轮小车自主平衡原理，其实就是不停经过改变小车前后运动方向，使小车车身在竖直方向上保持一个动态直立平衡。就类似杂技演员演出独轮车一样，需要不停前后踩脚踏板使小车在前进和后退间不停变换，以保持一个平衡。 　　
这个具体平衡原理以下：　　
1、双轮自平衡小车通常长得全部比较“高”，也就是重心位置比较高，在车身底部两个车轮是平行安装，默认静止状态小车是无法保持一个直立状态。　　
2、假如车轮带动小车前进，小车下半身会比上半身先取得前进加速度，即开启瞬间小车下半身前进而上半身静止，则会出现小车趋向后仰状态。就类似汽车忽然加速，我们身体会感到一个后仰趋势。　　
3、假如车轮带动小车后退，小车下半身会比上半身先取得后退加速度，即开启瞬间小车下半身后退而上半身静止，则会出现小车趋向前倾状态。就类似汽车忽然刹车（后退），我们身体会有一个前倾趋势。　　
4、因为小车重心较高，假如小车前进--后仰，或小车后退--前倾，伴随小车继续运动，这个后仰或前倾趋势会越来越大，必需立即纠正，不然小车就会倾倒下去。　　
5、假如小车前进中，有了后仰趋势，达成一定程度后，能够让小车变成后退，让小车后退产生前倾趋势去纠正原来前进时后仰趋势；假如小车后退中，有了前倾趋势，达成一定程度后，让小车变成前进，让小车前进产生后仰趋势去纠正原来后退时前倾趋势。如此往复循环，使小车保持一个直立动态平衡状态。

[/url]
2、控制原理[url=][/url] 　　
依据以上平衡原理，我们双轮自平衡小车具体运动控制过程以下：　　
1、车身后仰，则让小车后退，车身恢复直立；　　
2、小车继续后退，车身又会前倾；　　
3、车身前倾，则让小车前进，车身恢复直立；　　
4、小车继续前进，车身又会后仰；　　
5、反复以上第1步……
对于小车后仰或前倾趋势纠正，必需立即　　需要在合适时刻进行纠正，太早了可能小车过快变成相反状态无法控制；太晚了可能已经错过时机无法纠正最终造成小车倾倒下去了。　　怎样探知什么时刻是合适，就需要借助一个姿态反馈机构，能够在我们认为小车姿态刚好到了要调整时候，反馈给控制系统以立即改变小车运动状态。 常见姿态控制机制 　　能够用于自平衡小车姿态反馈机构有多个：　　1、性能最好也是最复杂算是用专业姿态传感器——角度传感器，再辅以加速度传感器，能够正确探知平衡小车正确姿态。　　2、能够利用光反射器件，把光线对着地面照射，探测反射光线强度能够获知小车姿态，因为不一样姿态下倾斜角是不一样，反射回来光线强度也是不一样。 　　以上是两种最常见自平衡小车姿态反馈机构。利用这些反馈机构，在取得较为正确姿态信息以后，全部必需有能够进行复杂计算和智能决议控制系统对反馈信息进行处理，这通常多需要用到微处理芯片（也就是单片机），相关这个我们这里暂不展开讨论，有爱好好友能够自己在网上查找相关资料，或等我们教程后面进入到高级篇时候再作深入探讨。 本项目所采取姿态控制机制 　　双轮自平衡小车其实是一个技术难度比较高项目，从以上所提到姿态反馈机构就可见一斑。在这里我们并不需要一下子涉入过深，现阶段目标还是关键以经过简单可行方法了解基础原理即可。所以在本项目里，我们没有应用复杂反馈机构，而是用了一个简易机械式传感器——限位开关，并结合特殊控制电路，用一个很简单方法实现小车自平衡控制：　　1、在小车后部安装了一个限位开关，这个限位开关就和我们在 PVC-Robot 1号所应用碰撞开关是一样，其实就是一个“微动触碰开关”，当用在碰撞控制时候被称为“碰撞开关”，在用在限制位置时候被称为“限位开关”。 　　2、在本项目里，为了简单起见，我们限位开关只有在小车前进造成后仰时进行姿态反馈控制，而对于后退造成前倾时并没有再加上姿态反馈控制。　　对于后退运动，我们是利用限位开关所含有机械延时特征，也就是说机械式触点状态改变不是即时，而会有一个短临时间：在限位开关触发控制小车后退，到完全纠正后仰状态让限位开关放弃触发重新控制小车前进，这中间一段很短临时间，也就是许可小车后退运动时限来控制后退时姿态。　　相当于说小车后退我们不是探测其姿态，而是限制一个时间——小车后退到了这个时间后姿态也恰好到了要调整时候。这和 PVC-Robot 1号是类似，在1号机器人中是探测到小车碰到障碍物，然后利用碰撞开关机械延时特征给小车一段转向时间，这个转向时间是恰好足够小车改变方向。 　　总来说，小车前进姿态我们是用机械传感器进行控制，而小车后退姿态我们是用了