两轮自平衡代步车的设计.docx
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两轮自平衡代步车的设计
编号
大学生创新创业训练计划
创新训练项目申请书
项目名称两轮自平衡代步车的设计
负责人
所在学院
年级专业
联系电话
指导教师
填表说明
一、本申请书所列各项内容，必须实事求是，表达明确、严谨。
首次出现的缩写词，需注出全称。
二、《项目申请书》要按顺序逐项填写，空缺项要填“无”。
需签字部分由相关人员以黑色钢笔签名。
电子版填表字体用小四号宋体，1.5倍行距。
要求一律用A4纸打印。
三、申请书可网上下载、自行复印或加页，但格式、内容、大小须与原件一致。
四、项目由负责人所在学院进行初审，签署意见后，将申请书（一式两份）集中报送至学生处创业辅导办公室。
五、如有不明事宜，请致电咨询。
（联系电话：
6719196）
申请者承诺：
1、我保证填报内容属实。
2、如果获得资助,我和本项目组成员将严格遵守有关各项规定。
切实保证研究工作时间，按计划认真开展研究工作,按时报送有关材料。
3、任何与本项目相关的论文或发明、专利等成果，注明由全国大学生创新创业训练计划经费支持。
申请者（签名）：
年月日
项目名称
两轮自平衡代步车的设计
所属一级学科
413信息与系统科学相关工程与技术
申请经费
1万元
起止时间
2012年12月至2014年12月
上学年综合测评排名
负
责
人
姓名
学号
性别
所在学院
年级
专业
项目分工
手机
参
与
人
15
22
指导教师
姓名
性别
出生
年月
职称/职务
研究领域
手机
一、项目组成员情况介绍（包括自身具备和尚缺少的知识条件，有何特长、兴趣，曾参加过科研活动等。
）
我们项目组的成员以大二的学生为主，同时有着两位高年级的学生，来自三个不同的专业，都有着一定实践基础，和相当的专业知识基础。
在其中我们由大四的毕业生带领做前期的一些工作，等底年级的学生有一定的积累后，再去完善我们的设计的后续工作，最终完成我们的项目。
这样充分利用了团队不同人的长处，又避免一些的不足。
汪高勇：
现任无线电协会会长，是学校飞思卡尔团队成员，曾参加第七届全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛，荣获安徽省二等奖，曾在机电与车辆工程学院举办的发明创作比赛中荣获优秀奖。
热衷电子设计，嵌入式开发等，会熟练操作protel99se、AltiumDesigner、Proteus、AutoCAD等软件。
李椅刚：
2012届校飞思卡尔车队队长，电子信息工程专业大四学生，对本专业知识有着很好的掌握。
熟悉电子产品设计的整个流程及相关的知识储备。
拥有计算机四级软件测试工程师证书，第七届全国大学生飞思卡尔杯智能车竞赛安徽赛区二等奖证书，2011-2012优秀团员证书，党校结业证书，2009-2010校三等奖学金证书。
姜辉：
现任机器人协会会长，飞思卡尔校队成员。
参加第七届全国大学生飞思卡尔智能车竞赛，荣获安徽省二等奖，校电子设计大赛一等奖等。
对电子设计等很感兴趣，热衷于电子创新，小发明等，对Protel99se、C语言、Matlab、AltiumDesigner、Proteus等软件会熟练操作。
刘阳阳：
校市场营销协会办公室主任，喜欢创新善于社交，喜欢球类运动和看书。
在2011年的市场营销模拟大赛中获得三等奖。
能够熟练使用常用软件。
余亮亮：
现任机器人协会办公室主任，在校第三届循迹智能车竞赛获得一等奖，对电子设计充满兴趣。
喜欢编程且自学了51单片机的编程，对于本专业所涉及的软件能够熟练操作。
二、项目简介（简要说明项目立项的必要性、技术方案、预期目标及相关基础条件等。
800-1000字）
在北京奥运和近年的有关新闻报道中都有这种两轮自平衡车的报道，国外有着不少与之相关的研究。
美国的Segway和日本的Winglet是目前国外著名的成功产品。
而我国目前还没有与之比拟的产品，在我国的上述各种报道中现身的都是美国的Segway。
两轮平衡车凭借其体积小、易控制、易携带、等特点受到人们的欢迎。
实物如图1所示。
图1两轮车实物图
通过我们的调研，根据市场的预测，未来这种自平衡技术会广泛应用在人们的生活中。
市场前景是非常有潜力的，所以目前在我国有很多爱好者和相关研究机构在做相关的工作。
网上有许多国内外的资料。
通过大量的调查和研究我们总结了一些爱好者开源的设计方案，最终我们用陀螺仪和加速度传感器来获得倾角的信息，通过微处理器的分析，得到控制信号去控制电机，实现自平衡。
对于要实现车子的两轮直立平稳的行驶，相比于四轮行驶，对车子的控制任务更为复杂。
这样我们采用一种任务分解的方式将这一复杂的任务分成以下三个基本的状态：
1、控制车子的直立：
通过控制两个电机正反向运动保持车子直立状态；
2、控制车子的速度：
通过控制两个电机转速速度实现车子行进控制；
3、控制车子的转向：
通过控制两个电机之间的转动差速实现车子转向控制。
以上三个任务都是通过控制车子两个电机完成的。
可以假设车子的电机可以虚拟地被拆解成三个不同功能的驱动电机，它们同轴相连，分别控制车子的直立平衡、前进行走、左右转向。
直流电机的力矩最终来自于电机驱动电压产生的电流。
因此只要电机处于线性状态，上述拆解可以等效成三种不同控制目标的电压叠加之后，施加在电机上。
三个控制各自独立进行控制，它们各自假设其它两个控制都已经达到稳定。
比如速度控制时，假设车子已经在直立控制下保持了直立稳定，通过改变电机的电压控制车子加速和减速。
车子在加速和减速的时候，直立控制一直在起作用，它会自动改变车子的倾角，移动车子的重心，使得车子实现加速和减速。
对于每个控制采用一种分别设计的方式来实现。
我们项目的预期目标是要做出一个可载人的两轮平衡车，掌握自平衡控制技术，争取将此知识应用到实际生活中，做出一个产品的前期样本。
我组的成员在参加第七届全国大学生飞思卡尔杯智能车竞赛中获得了关于做两轮直立车的大量经验，在调试比赛车模中对一些方案进行了测试，通过在小车模上的调试，给我们制作载人的大车提供了良好的经验。
我组成员对收集来的方案已经作了详细的分析，我们的初步方案已大体成型。
三、项目研究目的意义
对于这种两轮自平衡小车，它是一个高度不稳定两轮机器人，是一种多变量、非线性、绝对不稳定的系统，是检验各种控制方法控制能力的典型装置。
因其既有理论意义又有实用价值，两轮自平衡小车的研究在最近十年引起了大量机器人技术实验室的广泛关注。
两轮自平衡小车作为倒置系统的一种形式，是动力学理论和自动控制理论与技术相结合的研究项目，为科学理论的发展起到了指导作用。
状态空间法、模糊控制、神经网络控制等控制方法的控制效果都可以在这个本质不稳定的系统中得到检验。
对于实际的应用来说，这无疑是一种新型清洁的交通工具，它的使用便捷与环保在一些报道中都有所叙述，是一件不错的产品。
但由于国内还没有类似的成熟产品，造成现在靠从国外以高昂的价格购买的格局，同时这种格局使其在我国的普及与发展受到了很大的限制。
这也是对我们大学学习的一次检验。
四、国内外的研究现状
瑞士联邦技术学院工业电子实验室的研究人员研制的JOE机器人、美国科学家DavidEAndersonl研发的两轮自平衡机器人Nbot、StevenHassenplug研制的机器人Legway等。
由美国发明家DeanKamen开发的‘SEGWAY’两轮个人交通工具则是一个更为实用、成熟以及商业化的两轮运载车的版本。
它可以承载站立在平台上的驾驶者，并在保持平衡的状态下在多种路面上进行便捷的运动。
而SEGWAY售价七八万。
日本的“WINGLET”都是现在已投入生产的不错实例，国内的中国科技大学、哈尔滨工程大学等在这方面都有成功的例子。
国内已经有这样的产品了，其中2011年第109届第一期春季广交会上，上海新世纪机器人有限公司此次隆重推出的X-ROBOT自平衡两轮电动车作为主导参展产品，引来国内外众多客商的关注和兴趣。
其中美国的Segway和日本的Winglet是最为成熟得到大量生产的产品，在一些电影和公共场合能够见到它们的身影。
五、项目研究的目标及主要内容
我们的研究目标就是通过对多种方案的研究与分析，最终得出我们的方案。
方案应具备以下的特点：
1、整体造价低；
2、方案在载人时要确保安全可靠，能够经得起考验；
3、方案要简单易于实现，操作方便易于上手；
我们研究的主要内容就是实验研究，寻求一种可靠的方式实现车子的直立及最后的载人。
六、项目创新点
1、我们的方案以安全可靠为设计的前提，注重人身的安全；
2、我们的方案尽量降低生产的成本，以普及发展这一新型工具为目的；
3、我们的方案是在总结前人的多个方案的基础上建立的。
七、项目实施方案及实施计划
1、方案的研究与初步方案的确立（为期3个月）
这一期间对我们收集来的方案进行深刻的研究与分析，初步得出我们的设计方案。
2、硬件的设计（为期3个月）
这一阶段在参考市面能够购买到的元器件的基础之上，确立我们的硬件设计。
我们需要对市面上大量的元件进行分析考虑。
完成电路等的设计，最终确立我们的方案。
3、初代产品的研发（为期5个月）
这个过程中，我们在采购来的元件的基础之上，搭建完成我们的车，并在这个基础上开始软件的开发。
这一阶段结束之时我们的初代产品要实现上路行驶。
4、产品的调试与修改（为期6个月）
在这几个月里我们对车进行一系列严格的测试，直到达到我们的设计要求。
这一过程中也会对初期的设计进行修正与完善。
5、项目的完善（为期2-3个月）
这一期间主要是完善项目的一些技术文档，对产品的装饰，完善一些细节的问题。
并做好有关的总结。
八、项目可行性分析（已有的基础。
与本项目相关研究积累和已取得的成绩，已具备的条件，尚缺少的条件及方法等）
我们组成员设计的两轮自平衡小车代表学校在第七届全国大学生飞思卡尔杯智能车竞赛中获得了电磁组安徽省的二等奖。
我们设计的直立车能够在赛道上以3m/s的速度平稳行驶。
在自平衡车的原理和设计方面都有着足够的经验，并且我们的成员都有着与之相关的专业知识基础，有一定的实践经验。
我们有着指导多年校飞思卡尔车队经验的指导老师。
我们比赛的直立车模如下图所示：
图2直立车模
在载人平衡车的设计上我们是没有涉及的，缺少法律对交通工具的要求的了解。
但是这些我们会在项目的实施过程中去查阅。
九、预期成果及成果形式（1、项目组成员为第一作者在省级及以上期刊上发表与项目有关的学术论文至少1篇，且注明“安徽科技学院大学生创新创业训练计划项目资助”。
2、获得国家专利（以专利授权证书为准），专利权人为“安徽科技学院”。
3、获得省级及以上与项目有关的奖励。
4、项目研究成果由3名相关专业教授联名鉴定具有创新性，经公示无异议。
5、项目取得一定经济且具有一定影响的社会效益，经公示无异议。
6、参加国家级竞赛或参加省级竞赛并获奖。
7、提交设计软件、产品。
8、提交社会调查报告等。
）
本项目的预期成果可以达到上述：
第3，获得省级及以上与项目有关的奖励。
第6，参加国家级竞赛或参加省级竞赛并获奖。
第7，提交设计软件、产品。
的要求。
十、资助经费使用计划（支出项目、计算根据及理由）
开支项目
申请经费（千元）
备注（计算依据与说明）
1、电机
1.5
带测速和变速箱的24V电机，
网上报价
2、电路板
1
特定外形大小的定制板，市面报价
3、车体
2.5
设计后找工厂定制,市面报价
4、车轮
1
带有定制的法兰，网上报价
5、电子元件
1
微处理器、传感器等，网上报价
6、仪器设备
1.5
市面和网上报价
7、蓄电池
1
小巧、容量合适，市面报价
8、常用耗材
0.5
总计
10
十一、指导教师意见及具体的指导计划（项目价值、项目可行性、前期基础、能否提供实验场地，如何解决实验场地的问题等）
此项目的产品新型环保、体积小、易控制、易携带，具有一定的实用价值。
产品有着不错的市场前景。
项目组成员前期参加了全国大学生飞思卡尔杯智能车竞赛获得了二等奖的成绩，有着与项目相关的实践经验基础。
飞思卡尔创新实验室可供使用。
指导教师签名：
年月日
十二、学院意见
负责人（签字）：
（公章）
年月日
十三、专家组意见
组长（签字）：
年月日
十四、学校意见
盖章：
年月日
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