1、“.....国内外多家科研单位和企业以及自平衡车的爱好者对自平衡理论的发展做出了许多有益的贡献，大大推进了自平衡技术的发展，同时也出现了批有代表性的平衡机器人和载人代步车作品。在现代社会中，移动机器人应用也越来越广泛，机器人面临的环境和任务也越来越复杂，人们迫切需求些机器人可以适应更复杂的环境，控制更智能化，成本更低廉。让人们真正享受科技的红利。另方面当今世界能源危机越来越严重......”。

2、“.....二轮小车就可以比四轮节能，因而这个原因提高了人们研究的热情，同时两轮车比较简单出行潇洒自如，可以急转弯，狭窄空间运行比较灵活，受到年轻消费者的追捧，因而有广泛的市场价值。当代社会数据处理芯片的速度越来越快，各类传感器飞速发展，而且集成的元器件价格比较便宜，为平衡机器人研究奠定了物资基础。作为个自动化毕业生，主要研究动态控制，设计合理的电路原理图，并把设计的硬件和软件结合，达到自动控制的效果，且控制稳定可靠。而两轮自平衡机器人就是个复杂的动态控制过程，很注重应用性，对所学知识的次综合运用，可以大大提高我的分析和设计能力，所以研究这个课题，具有双重价值。国内外研究现状年，美国公司的设计了两轮自平衡传感式机器人。这个设计采用了电机的差动驱动方式，它可以工作在倾斜面甚至不规则表面上，可遥控操作。通过对电机进行遥控，可以在进行前进，后退和转弯时保持平衡，可以实现零半径转弯和型回转。图年......”。

3、“.....移动速度方便，平地行走时最大，可搬运重量可达，运行时间长达小时。车轮中嵌有个输入功率为的直流电动机，头部则嵌入了两个相同的电动机。为了检测上体的平衡情况，使用了个陀螺仪和个轴加速器传感器。美国发明家开发的是款实用的商业化的两轮机器人。可以载人，并保持平衡的运行，它模仿人两脚平衡行走原理人的小脑有灵敏控制细胞，可以快速精确知道重心位置，并控制脚肌的作用保持平衡，用陀螺仪进行模拟神经，电机模仿两脚，其外观如图所示。机器人使用了个陀螺仪和个数据融合集成器解决了多参数的融合问题，同时采用高速处理器以次秒的速度调整车身姿态。使系统较好保持直立状态。图美国中国科学技术大学研究出两轮代步电动车，利用在车内的控制器，处理平衡速度加速度传感器的测量数据，通过动力学理论建立合理的力学模型，根据模型设置相应模糊自适应控制算法，输出控制两个伺服电机的转动......”。

4、“.....自动前进后退以及转弯从而保持重心平衡和正常前进。该车可控制灵活，并可以任意转弯，运行速度快，行走距离长。上面这些研究成果，给我们很多经验，提供了很多研究方法，也启发我们创新，总结前人，开发新的合理的开发方案。从以上研究可以发现，般选择陀螺仪加速度计倾斜角传感器超声测距仪红外线等传感器，通过建立平衡模型，并用先进的控制算法模拟，采用很快的控制器快速调整车模姿态。同时发现软件是控制核心，因为硬件多会提高成本且不稳定，通过较好的控制算法可以在原有的硬件基础上大大提高产品性能。受此因此本文对于卡尔曼滤波互补滤波等都采用软件形式以节约成本。本设计主要研究内容根据小车的实际运动特点建立小车的平衡力学模型，对非线性系统在平衡点进行线性化处理，并建立小车的控制传递函数从理论上分析传递函数的零极点分布，得出小车平衡的条件，并提出控制方案。对小车的运动控制进行分解方便各个击破......”。

5、“.....使设计过程更直观。硬件器件的选型和搭建，选用单片机作为核心控制器，选用获取车模姿态倾斜角和角加速度信息，选用作,可输出方波，并可改变方波占空比。路位高精度转换，转换万次每秒。有两路与兼容的位定时器和，还有两路可由比特率发生器做串口通讯的波特率发生器和模块实现的个位定时器。电源模块前面两章提到直流电机，因为需要大转矩大转速，我们选用的大转矩直流减速电机，同时小车需要自由移动因此选用暴力毫安聚合物锂电池，该电池工作电流大可达，可承受电机启动产生的大电流。带负载能力强，基本满足平衡车的负载要求。同时单片机电机驱动传感器等芯片需要电压，为了方便采用降压模块，它可输入电压，输出电压可调，且强抗干扰，输出纹波,最大输出电流。所以可以保证传感器元件之间和电机的较大干扰下仍可输出稳定电压和电流。芯片电路原理图如图所示。图电路原理图电机驱动模块电机启动电流很大，因此般的桥式电路难以提供大电流......”。

6、“.....为此我们选用，它有控制两路电机正反转，启动性能较好，启动转矩大。工作电压可达，并可同时驱动两台直流电机。芯片有两相可以输入路,对两个直流电机调速满足前面分析的情况。原理图如图图原理图传感器模块光电编码模块首先我们需要知道车轮的速度信息，在此中我们需要光电编码测量小车的速度，采用的编码盘个光栅圈，可以很精确的获取车模的速度信息。转动码盘用不透明的物理挡住光时，就会有脉冲输出，每圈个脉冲。同时在编码上有两相脉冲，两相相位相差度，通过控制器读取相的脉冲，若相先有脉冲则电机正转，若相先有脉冲则电机反转。通过记录单位时间的脉冲数就可知车模的速度，也可知道车模运行大概的距离。从而可以较好的实现速度反馈控制。陀螺仪和加速度计在前面已经分析了车模平衡需要车模的倾角角速度等信息，这也是平衡的关键。我们选择它集成了陀螺仪和加速度计两者的芯片，工作电压。内部寄存器复杂，需要仔细研读......”。

7、“.....但使用确比较方便，它内部有三个高速位转换，可以直接读出。通过的和通讯，要熟悉通讯协议。集成的陀螺仪部分可测量角速度范围为，加速度计可测量角加速度范围为，并都可以程序控制测量范围。本课题选用和。且陀螺仪时它的灵敏度最低分辨率是,加速度计时灵敏度最低分辨率是，因为它转换出来的是的个值是最低灵敏度的整数倍，因此在计算这些参数时，都需要除以相应的最低分辨率。电路原理图如图图电路原理图红外循迹传感器为了让下车可以根据设定的任意路线行走，需要红外循迹模块，该模块工作电压,可以发射定频率的红外线，经过障碍物反射回来并接受，此时红外模块比较电路处理会输出高电平，若障碍物为黑线可以吸收红外线，不能返回红外线，此时输出低电平，因此根据检测电平就可不断调整方向，使小车两轮产生差速改变转向。系统硬件控制结构图图小车硬件组装外观图第章传感器数据融合和滤波惯性传感器数据融合和滤波的必要性在第四章章中......”。

8、“.....其实他们不能直接得到有效的角度和角速度信息。陀螺仪是测量车模的角速度，当然可以用角速度积分的方法可以得到车模的倾角，但存在漂移误差，在段时间后会偏离实际角速度值，这个偏差虽然不大，但时间长，积累误差就会越来越大。最终难以控制车模平衡。另方面，加速度计可以测量车模的三个转轴的角加速度，通过几何关系和物理受力分析可解得车模的倾角等信息。研究发现加速度计虽静态效果较好数据比较准确，但加速度计动态响应慢，在车模倾角变化时，为了保持车模的时刻平衡，需要很快的检测车模位置信息。因此两者单独使用都无法达到预期目标，我们需要综合运用它们，取长补短达到目的。同时它们都存在高斯白噪声，所以需要传感器数据融合和滤波。不仅在测倾角信息需要融合滤波，在速度测量时，在变化很大速度时，小车难以控制，需要让波形平滑，所以也需要滤波，滤波有卡尔曼滤波和互补滤波等......”。

9、“.....下图就是陀螺仪角度误差引起的漂移误差曲线。图角度积分漂移误差卡尔曼数据融合匈牙利数学家，滤波器是他的博士论文提出的。是种最优自回归数据处理算法，处理效率高，广泛应用与导航控制传感器数据融合。可以对动态过程进行状态估计，实现运动状态的预测，从而可以消去误差，使波形平滑。在本课题中使用的陀螺仪和加速度计获取车模的动态过程，这些传感器受到外界很多不确定的干扰自身漂移测量误差等影响，所获得的角度信息也就不准确。实验发现这些干扰会使小车无法平衡。所以只能用观测到的参考量和设备自身的误差率来估计车模状态。那么卡尔曼滤波具体是怎么样的以及怎样运用到本设计，下面就结合本设计测量传感器陀螺仪和加速度计分析滤波五个方程怎样使系统输出最优。找出陀螺仪和加速度计之间的线性微分方程角度和角速度存在微分关系,考虑到仪器有高斯白噪声是陀螺仪的噪声，为加速度计的噪声......”。