徐光宪　高　念

(辽宁工程技术大学电子与信息工程学院　辽宁 葫芦岛 125105)



两轮直立代步平衡车的设计与实现

徐光宪高念

(辽宁工程技术大学电子与信息工程学院辽宁 葫芦岛 125105)

摘要针对市面上昂贵的两轮平衡车，提出一种廉价的两轮直立代步平衡车的设计方案。通过改进卡尔曼滤波算法对加速度传感器和陀螺仪输出的数据进行融合得到准确姿态，采用功率NMOS设计大功率电机驱动电路，设计PID控制器实现直立代步平衡车的动态平衡和转向控制。经过实际路况测试，车子运行灵活，能够适应各种路况，最大爬坡角度为30°，时速最大15 km/h，行程60 km。系统成本在1300 RMB左右，有很高的性价比。

关键词两轮平衡车陀螺仪加速度计卡尔曼滤波PID控制

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF TWO-WHEEL BALANCED UPRIGHT SCOOTER

Xu GuangxianGao Nian

(School of Electronic and Information Engineering,Liaoning Technical University,Huludao 125105,Liaoning,China)

AbstractWe put forward a design scheme of the cheap two-wheel balanced upright scooter aimed at the dear balanced scooters in the market. By improving Kalman filter algorithm, we merge the output data of the acceleration sensor and the gyroscope to obtain accurate attitude, use power NMOS to design high-power motor drive circuit, and design PID controller to achieve dynamic balance and steering control of the balanced upright scooter. After testing on actual road, the scooter runs flexibly and is able to adapt to various road conditions, its maximum climbing angle is 30°, the maximum speed is 15 km/h, and the stroke is 60 km. The system costs at about 1300 RMB, and has a very high performance-price ratio.

KeywordsTwo-wheel scooterGyroscopeAccelerometerKalman filterPID control

0引言

2003年3月，世界上第一款商用的两轮直立平衡车——赛格威在美国正式上市，随即风靡全球。赛格威的姿态检测使用的是一组倾角传感器和航空级陀螺仪，它的平衡直立控制算法采用的是一套复杂的“直觉软件”，并采用两个镍氢电池组供电，其最高时速15 Km/h，最大行程26 km，最大爬坡度15°，赛格威的市场售价在33 000 RMB左右。随后国内的一些厂商也相继推出了自己的两轮直立平衡车，比如易步科技推出了易步品牌的两轮直立平衡车，其最高时速15 Km/h，最大行程35 km，最大爬坡度25°，其价格在18 000 RMB左右；浙江同硕科技有限公司推出了奥捷骑两轮直立平衡车，其最高时速20 Km/h，最大行程35 km，最大爬坡度22°，其价格在13 000 RMB左右；上海新世纪机器人有限公司推出的新世纪两轮直立平衡车，其最高时速20 Km/h，最大行程25 km，最大爬坡度20°，其价格在11 000 RMB左右。……