岳井玉

【摘 要】在虚拟机器人软件环境中使用计算机程序算法，设计出虚拟环境的独轮小车富有趣味性和探究性。本文的独轮车算法应用到了工程控制理论中的PID原理，让虚拟机器人软件作为中小学生学习复杂程序算法和仿真工程原理的直观工具，是一种有效尝试。

【关键词】虚拟机器人；独轮车；PID；陀螺仪；仿真

【中图分类号】G434 【文献标识码】B

【论文编号】1671-7384（2017）05-0086-02

独轮车是只有一个轮子的小车，在电机马达的驱动下能够平稳地在地面上行走而不摔倒。本文中的独轮车采用萝卜圈3D仿真机器人软件的免费功能模块来实现。

独轮车原理

简单独轮车的平衡运动状态主要有三种情况：后倾、直立、前倾（如图1）。如果状态是后倾，则车身需要一个向后的力才能让其回到直立状态，即电机马达需要加速向后转动；如果状态是前倾，则车身需要一个向前的力才能让其回到直立状态，即电机马达需要加速向前转动；对于直立状态，电机马达速度为零即可。

仿真软件里有陀螺仪传感器，能够反馈机器人与地面的倾斜角度值。对于安装在车身顶部的陀螺仪传感器而言（如图2），根据陀螺仪传感器的说明书可知，车身向后倾时，传感器值为负值；车身向前倾时，传感器值为正值；车身直立时，值为0。而且倾斜越厉害，值越大，如果独轮车向前倒了，值为90；反之，如果向后倒了，值为-90。因此，对独轮车而言，陀螺仪传感器的取值范围是-90到+90（数学区间表达式为[-90，90]）。进一步，假定独轮车向前倾斜5度，则应当用P×5的电机速度向前加速才能维持其竖直（P是比例常量）；……