双轮自平衡车控制方法

作者：任航

来源：《科学与财富》2014年第10期

        摘 要：双轮自平衡车是一种理想的代步工具，具有巨大的市场推广价值、环保价值、社会效益。双轮自平衡涉及机械制造、机器人研发、传感等多个领域，其控制是一个复杂的人机协同过程，本次研究从双轮自平衡结构特点与工作原理出发，探讨国内外关于该工具控制方法的研究现状，概括其研究意义，并总结研究要点，最后做出展望。

        关键词：双轮自平衡车；机械制造；传感；人机协同

        改革开放后，我国城市规模迅速扩大、人口呈膨胀式发展，因历史、交通建设、观念等原因，城市交通出行困难、交通堵塞已成为社会性问题，不仅影响运输效率，还带来诸如环境污染、相关疾病社会负担增加等诸多问题。双轮自平衡车是一种新型交通工具，具有灵活机动、占地面积小、节能环保等诸多优点，是一种较为理想的日常代步工具，有望解决城市交通问题。双轮自平衡车其核心技术是自平衡控制，后者是保证其高机动、安全、低能耗等优点的关键。本次研究就双轮自平衡控制进行概述[1]。

        1 结构特点与工作原理

        1.1 结构特点与构成

        与其它机动车相同，其具有鲜明的结构布局，属同轴平行布置结构，两个平行车轮通过车轴与车体连成一个整体，为满足乘坐需要，其重心处于支点也就是轮面上方，非控制状态下无法维持平衡，属自然不稳定系统。其相较于前后布置两轮电动自行车，其转弯半径几乎为零，原定运动能力强，加载智能控制系统利于掌握，机械系统与实现原理简单，通过重心控制可控制车体运动，适应性强。

        双轮自平衡系统核心是智能平衡控制系统，后者可分为双轮自平衡、一级倒立摆动两个子系统，从空间分布上可分为直线旋转立体结构，工作原理类似于人行走过程，除自平衡系统外，整个载具还包括车体机械结构、电动机系统、传感器测量、电源系统共五个组成部分[2]。

双轮自平衡车控制方法