些复杂环境里的工作。

作为种新兴的轮式移动机器人，它具有结构简单运动灵活驱动功率小等优点，可以装备成各种应用机器人，在各种复杂环境中完成工作任务。

机器人是基于倒立摆模型的复杂非线性系统，是验证各种控制算法的理想平台。

作为轮式移动机器人个重要分支，适于在狭小和危险的环境下工作的特点，同时还可以作为种运输和载人工具，有着重要的理论研究意义和广阔的应用前景。

两轮自平衡机器人的机械部分包括左右车轮两层板子用于摆放电机及其驱动模块电源和主控电路板等。

两个车轮的轴线在同直线上，分别由两个直流减速电机直接驱动小车的重心位于整个车体的中间部分，并且高于车轮轴线采用两轮式的最大优点是可以在小空间范围内灵活运动。

在车身下部装有蓄电池左右直流减速电机速度传感器等，其中，速度传感器直流减速电机与两个车轮在同轴线上，速度传感器用于测量左右车轮的运动速度。

板子上装有加速度传感器角速度传感器电机驱动模块无线传输模块微控制器等，其中微控制器是整个系统的核心。

系统采用的传感器包括加速度传感器角速度传感器速度传感器，通过它们可以测量和运算出小车的状态参数，其中车体倾角车体倾角角速度分别由加速度传感器和角速度传感器直接测量左右车轮的行驶速度由速度传感器测得，进而推算出车体的前进速度以及车体在地面的旋转角速度。

将运行状态信息反馈给控制电路，通过计算得到输出脉宽调制信号和方向信号，经过光电隔离，控制驱动电路，经过功率放大后直接驱动直流减速电机，实现对小车的平衡控制。

小车行驶过程中，车体向前倾斜个角度当转弯时，电机施加左右车轮不同的力矩，使左右车轮速度出现偏差，从而实现转弯。

为了实现控制系统与之间的通信，系统配备了无线传输模块。

该模块可以使在米范围内对小车系统进行操作，同时可以通过系统，需要设计控制器使其能够在平衡的基础上实现各种期望的运动和速度。

所以平衡是两轮自平衡机器人控制的基础。

将通过两轮自平衡机器人在静止时的动态平衡实验验证控制器在平衡控制方面的性能。

实验结果如图抗干扰实验为了验证控制器控制机器人对外部扰动的抑制能力，进行了机器人的抗干扰性实验。

实验结果如图速度跟踪实验两轮自平衡机器人在保持平衡的基础上，最终需要实现期望的运动，所以，在平衡与抗干扰性实验的基础上，还进行了机器人速度跟踪实验。

实验从上位机给控制器输入个期望的速度，通过传感器测得机器人的前进速度，画出速度变化曲线。

实验结果如图以上是控制器控制机器人平衡抗干扰和速度跟踪的实验结果，从图中可以看出，控制器在拐角处的调整时间很短，这点从机器人，轴的速度曲线也可以看出，控制器在速度变化时的调整时间短，超调小。

从以上分析可知，控制器对于速度的变化调整较快，超调小，实现的矩形轨迹也较好。

线模块将系统的各种状态信息发送到机，以供实验分析。

整个系统又相当于个无线测试平台。

系统硬件设计主要包括以下几个模块电源模块系统需要的电压分别有等，分别给运放传感器单片机电机驱动等供电。

微控制器模块两轮自平衡机器人在行进过程中，通过模块实时采样传感器信号，计算出要加在电机上的电压并输出控制电机的控制信号以及方向信号，完成这功能的器件是，同时它还要完成与无线模块之间的数据传输。

传感器信号采集与处理模块为了获取小车的运动状态，需要各种传感器以及信号放大电路。

微控制器的模块采集放大后的传感器信号，作为控制系统的输入。

无线传输模块研制移动式倒立摆的过程中，需要监测车体运行数据，在上进行分析研究并作为评价算法优劣的依据。

在小车的运行过程中，指令的发送也要靠无线传输模块实现。

电机驱动电路微处理器通过计算得出来的控制量使用不同占空比的信号驱动功放电路，从而驱动直流减速电机转动。

两轮自平衡机器人的结构图二两轮自平衡机器人的实物图三两轮自平衡机器人的实现过程通过分析两轮自平衡机器人的运动规律，采用拉格朗日方程建立机器人的动力学模型，为机器人控制器的设计提供了理论依据。

基于传感器互补的原理，选择加速度传感器和陀螺仪测得车体倾斜的角度和角速度，并通过卡尔曼滤波得到较准确的角度和角速度值。

通过机器人底部的霍尔传感器测得电机的转速，即机器人运动的速度，并通过积分得到机器人的位移。

将前面步得到的角度角速度速度和位移送入，构成倾角环和速度环，即控制算法，计算得到电机驱动的数据，驱动电机。

大概以为周期，重复步，不断获取传感器数据，并通过算法得到电机的驱动数据，最终使机器人能够在原地前进后退旋转和刹车的运动过程中保持平衡。

四平衡控制器实验结果平衡控制实验两轮自平衡机器人要实现各种运动和速度之前，首先要保持平衡。

对于两轮自平衡机器人来说，由于它是个本征不稳定的论文作者王瑜两轮自平衡机器人自适应控制算法的研究哈尔滨工程大学硕士学位论文作者黎田袁泽睿两轮自平衡机器人控制算法的研究中国优秀硕士学位论文全文数据库，王晓宇两轮自平衡机器人多传感器数据融合方法研究中国学术期刊网络出版总库，阮晓刚两轮自平衡机器人动力学建模及其平衡控制中国学术期刊网络出版总库，栗维克两轮自平衡小车大范围稳定的智能控制研究中国优秀硕士学位论文全文数据库，秦剑两轮自平衡车的制作中国学术期刊网络出版总库，作品在何时何地何种机构举行的评审鉴定评比展示等活动中获奖及鉴定结果作品所处阶段实验室阶段中试阶段生产阶段自填技术转让方式作品可展示的形式实物产品模型图纸磁盘现场演示图片录像样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测与传统轮式移动机器人相比，两轮自平衡机器人主要有如下优点实现了原地回转和任意半径转向，移动轨迹更为灵活易变，能很好地弥补传统多轮布局的缺点。

减少占地面积，在场地面积较小或要求灵活运输的场合十分适用。

大大地简化了车体结构，可以把机器人做得更小更轻。

驱动功率也较小，为电池长时间供电提供可能，为环保轻型车提供了种新的思路。

两轮自平衡机器人有着相当广泛的应用前景其典型应用包括通勤车空间探索战场侦查危险品运输排雷灭火智能轮椅医院手术室中医疗器械的运输智能玩具等场合。

例如，将两轮小车作为小范围短距离交通工具将更加方便灵活环保智能轮椅可为残疾人提供更便捷的服务在医院的手术室中，利用自平衡机器人可以任意角度转弯以及转弯半径小的特点，可以非常方便的为医生运输医疗器械在餐馆里，自平衡机器人小巧灵活的特点也能够更加方便的为客人运送食物付账单对于些空间狭小拐角多的地方，普通的三轮或者四轮机器人不方便探索，而两轮机器人就可以大展身手了及反射式红外线距离传感器。

利用技术动态控制两台直流电机的转速。

上位机与机器人之间的数据通信采用讯通生产的超小型超低功耗高速无线收发数传。

人机交互界面采用图形液晶点阵方向摇杆及按键。

基于这些设备可靠的硬件设计，使用了套独特的软件算法，实现了该系统的平衡控制与数据交换。

推荐者情况及对作品的说明说明由推荐者本人填写推荐者必须具有高级专业技术职称，并是与申报作品相同或相关领域的专家学者或专业技术人员教研组集体推荐亦可推荐者填写此部分，即视为同意推荐推荐者所在单位盖章仅被视为对推荐者身份的确认。

推荐者情况姓名袁斌性别男年龄职称教授工作单位郑州大学物理工程学院通讯地址郑州市科学大道号邮编单位电话住宅电话手机推荐者所在单位盖章盖章年月日请对申报者申报情况的真实性作出阐述情况属实请对作品的意义技术水平适用范围及推广前景作出您的评价该作品具有较强的可行性，技术含量高，有很好的应用前景。

望学校给予支持。

其它说明推荐者情况姓名张宇翔性别男年龄职称副教授工作单位郑州大学物理工程学院通讯地址郑州市科学大道号邮编单位电话住宅电话手机推荐者所在单位盖章盖章年月日请对申报者申报情况的真实性作出阐述情况属实请对作品的意义技术水平适用范围及推广前景作出您的评价该作品具有较强的可行性，技术含量高，有广阔的应用前景。

望学校给予支持。

其它说明学校组织协调机构确认并盖章团委代章年月日学校确认盖章学校行政公章年月日省指导委员会资格和形式审查意见合格不合格审查人签名负责人签名年月日省评审委员会评审意见预审意见评委签名负责人签名年月日终审意见评委签名负责人签名年月日学术论文社会调查报告附件打印或粘贴处科技发明制作类作品说明附件打印或粘贴处两轮自平衡机器人是种特殊两轮自平衡机器人已经在短距离交通工具通勤车有成熟的商业应用实例，如。

而在日本，两轮自平衡机器人也已经在餐饮服务机器人方面和智能轮椅方面得到应用。

可见其是有不错的推广前景和经济效益的。

专利申报情况提出专利申报申报号申报日期年月日已获专利权批准批准号批准日期年月日未提出专利申请科研管理部门盖章年月日当前国内外同类课题研究水平概述说明申报者可根据作品类别和情况填写填写此栏有助于评审。

国外现状近十年来，两轮自平衡机器人引起国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诞生。

瑞士联邦工学院的工业电子实验室里的研究者为了模拟人类行走建造了个用控制的基于倒立摆理论的两轮小车。

线性状态空间控制器利用从陀螺仪和电机编码器得到的信息来稳定这个系统。

澳大利亚大学的工作人员也建造了个自平衡两轮小车用来研究卡尔曼滤波器的传感器信息融合。

美国公司开发的两轮平台电动车把人们从传统的三点平衡和以低重心大而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速度，用适当的回复转矩来避免倾斜摔倒。

另外还有些机器人发烧友他们也制作了些类似的两轮自平衡小车。

国内现状我国在此方面的研究也取得了很大的成就。

台湾国立中央大学以模糊控制为理论基础在这方面也有很大的进展。

中国科学技术大学研究出了自平衡两轮代步电动