贵阳学院电子与通信工程学院 古 训 陈 红

双轮平衡车是一种基于“动态稳定”的两轮机器人，它利用车载陀螺仪和加速度计传感器实时检测车身姿态，控制电机的转速使平衡车保持动态稳定。利用MPU6050常用的姿态解算有一阶互补滤波、二阶互补滤波、匹配滤波以及卡尔曼滤波等算法。本文分别对四种算法进行分析以及实验验证，获取最佳的姿态解算方案，完成平衡车姿态角度的最佳估计，实现平衡车直立的动态稳定。

0 引言

随着城市经济的发展，城市交通需求迅速增长。为了解决城市交通的问题，引进了新的代步工具——平衡车，它体积小，便于携带，同时采用电能驱动，节能、环保，提高了人们出行的效率。平衡车主要利用车载传感器检测车体姿态角度的变化，然后通过控制系统驱动电机，达到两轮直立自平衡的效果。

本文通过MPU6050模块（赖义汉,王凯.基于MPU6050的双轮平衡车控制系统设计[J].河南工程学院学报(自然科学版),2014,26(01):53-57）获取加速度和角速度，对车体姿态进行识别。MPU6050模块为整合性6轴运动处理组件，内置3轴陀螺仪，3轴加速度计，如图1所示。其中陀螺仪输出的角速度积分就可以得到角度值，但是由于角速度存在微小的偏差和漂移，经过积分运算之后就会形成累积误差。加速度计恰好和陀螺仪特性相反：没有累积误差。但是由于平衡车在运动时，极易受到外部的干扰，采集加速度值时会产生很大的噪声信号。所以单独使用陀螺仪或加速度计估计平衡车的姿态是很难实现的。……