獨(dú)輪平衡車原理

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1、獨(dú)輪平衡車原理獨(dú)輪電動車是從獨(dú)輪機(jī)器人演變而來其平衡問題的理論基礎(chǔ)是移動的倒立擺，為高階次、不穩(wěn)定、非線性系統(tǒng)。該系統(tǒng)的動力學(xué)模型復(fù)雜，屬于欠驅(qū)動系統(tǒng)。在靜止?fàn)顟B(tài)下，車體受重力作用在車輪轉(zhuǎn)動方向上不能維持平衡，必須通過運(yùn)動調(diào)節(jié)才能實(shí)現(xiàn)平衡。因此，它是一個動態(tài)平衡系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的理論研究價值?？刂破胶猓鹤云胶猹?dú)輪電動車系統(tǒng)其實(shí)就是單級倒立擺和旋轉(zhuǎn)式倒立擺的結(jié)合體，它由車身和一個由電機(jī)驅(qū)動的車輪組成，其實(shí)物圖和簡化的模型示意圖如圖1（a）和圖1（b）所示，是一個典型的不穩(wěn)定系統(tǒng)。獨(dú)輪車前進(jìn)的方向是x軸正方向，車體縱垂線為y軸，正方向向上。當(dāng)人和車體重心靠前，

2、車身會向前傾斜，產(chǎn)生一個平衡角θ，為了保證人不摔倒，電機(jī)將驅(qū)動車輪向前運(yùn)動，同理當(dāng)人和車體重心靠后，電機(jī)將驅(qū)動車輪向后運(yùn)動以保持平衡。利用電機(jī)來加強(qiáng)改進(jìn)平衡：在此基礎(chǔ)上，自平衡電動獨(dú)輪車加以改進(jìn)，靠電機(jī)驅(qū)動的，采用陀螺儀與驅(qū)動電路控制保持不倒。把身體向前傾斜就可以啟動。速度則是由身體的傾斜程度來控制的，想要加速則向前傾，減速則向后傾。拋開人的主動操控，獨(dú)輪平衡車保證正常工作一定離不開加速度傳感器和角速度傳感器（陀螺儀）。加速度傳感器：加速度傳感器可以測量由地球引力作用或者物體運(yùn)動所產(chǎn)生的加速度。只需要測量其中一個方向上的加速度值，就可以計(jì)算出車傾角。比如

3、使用X軸向上的加速度信號，車直立時，固定加速度器在X軸水平方向，此時輸出信號為零偏電壓信號。當(dāng)車發(fā)生傾斜時，重力加速度g便會在X軸方向形成加速度分量，從而引起該軸輸出信號的變化。但在實(shí)際車運(yùn)行過程中，由于平衡車本身的運(yùn)動所產(chǎn)生的加速度會產(chǎn)生很大的干擾信號疊加在上述測量信號上，使得輸出信號無法準(zhǔn)確反映真正的傾角。因此對于直立控制所需要的姿態(tài)信息不能完全由加速度傳感器來獲得角速度傳感器：陀螺儀可以用來測量物體的旋轉(zhuǎn)角速度。平衡車上安裝陀螺儀，可以測量車傾斜的角速度，將角速度信號進(jìn)行積分處理便可以得到車的傾角。平衡車的核心部件：談到平衡我們就不得不說到陀螺儀，

4、陀螺儀的原理就是，一個旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。人們根據(jù)這個道理，用它來保持方向，制造出來的東西就叫陀螺儀。我們騎自行車其實(shí)也是利用了這個原理輪子轉(zhuǎn)得越快越不容易倒，因?yàn)檐囕S有一股保持水平的力量。陀螺儀在工作時要給它一個力，使它快速旋轉(zhuǎn)起來，一般能達(dá)到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)，可以工作很長時間。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數(shù)據(jù)信號傳給控制系統(tǒng)。