DIY一辆自己的 赛格威平衡车Word文档下载推荐.docx

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维基百科中文）

“赛格威”是一种让人留下深刻印象的代步工具，它占地不足一平方米，乘车人像使用滑板一样站立其上，双手解放，但却可以仅通过身体移动改变重心位置，就进行前进后退，转弯刹车等操作。

传统的交通工具都无法做到随心而动，必须把大部分精力放在控制方向和速度上，而“赛格威”并不需要专门的操控装置，一切由车身自主完成，也由此获得了“平衡车”的别名。

“赛格威”平衡车看来神奇，但你有没有发现它的原理其实很简单呢？

拜最新科技所赐，关键零件都可以在淘宝上直接买到，而控制程序也可以查阅原理自行编写。

拥有自己的平衡车，其实非常简单。

倒立摆和机器人

“赛格威”的平衡问题，实际上是一个多级倒立摆问题。

当一个人用手托住一根竹竿的底部使它在空中竖直不倒下，这就是一个一级倒立摆系统的模型。

如果第一根竹竿上面用铰链连着其他竹竿，或者竹竿本身具有一定的弹性（可比拟“赛格威”上的有骨骼和关节的大活人），就成了多级倒立摆。

用手撑竹竿的游戏很多人都玩过，印象最深的应当是它是一个静不稳定系统。

在桌面上的水杯能自己站稳，当重心投影落于杯底内时，即使有细小扰动也不会倒下。

但是手心里的竹竿大部分时间重心投影不在接触点上，让竹竿保持相对不动靠的是动态调整——竹竿往哪边倒，手就赶紧往哪边凑，让重心回到接触点周围。

这就是依靠人眼，大脑和人手完成的动态平衡过程。

人类的大脑在处理这类问题上有先天优势，因为人的走路过程本质上来说是不断前跌的过程，必须依靠实时伸出支撑脚转移重心来保证直立行进的动态平衡。

而让机器人做到这一点就很困难，需要综合解决动态控制过程中的线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等诸多细节——所以至今见到的人形机器人里，能僵硬走路的很多，但能和真人一样上蹿下跳的绝无仅有。

两名民警驾驶“赛格威”单人警用巡逻车巡逻。

图片来源：

新华网

“赛格威”的动态平衡原理和倒立摆相同，将最上方的乘客作为摆臂，然后控制车轮维持系统重心使乘客直立。

当驾驶人改变自己身体的角度往前或往后倾时，“赛格威”就会根据倾斜的方向前进或后退，而速度则与驾驶人身体倾斜的程度呈正比以保持平衡。

这里的一个巧妙设计是将乘客传感和控制二合一了——“赛格威”前进或后退维持平衡的同时，也达成了按乘客意图前进或后退的目的。

最终，熟练的驾驶人可以和自己行走一样，仅凭直觉就能完成前后左右各方向的运动，同时解放双手和大脑思维，这一特点使“赛格威”特别适合游览和警用巡逻。

DIY自己的“赛格威”

和人类行走一样，“赛格威”的控制也需要传感器和致动器。

它依靠MEMS技术制造的精密固态陀螺仪和加速度计感应车体的旋转，速度和倾斜，高速微处理器计算传感器数据，并驱动轮毂电机完成前进/后退/差速转弯的动作。

而在电路之外，为了让它从实验室中的倒立摆变成实用的代步车，还需要准备一些必需的结构零件和附件。

机械部分

此次设计的机械机构包括一个简单的独立悬挂。

缓冲部分直接采用自行车的避震器（需要更换弹簧），机体做得不很紧凑，主要为了能够拆卸折叠，便于收放和运输。

（需要说明的是，结构已提交专利申请，请勿用于商业用途。

）

整机材料很简单，两个独立驱动的轮子+电机驱动板+车身角度传感器+转弯传感器+电池+一个装下这些东西的盒子 

。

两个轮子、电机、避震器都是来自淘宝的成品。

钣金和机加件为单独加工。

这里贴一些制作图片，详细的零件工程图列在最后。

整机外形

结构细节

电机安装部分

电机为优耐特电机，250W，24v/质量不好，不作推荐。

电机法兰部分剖视

转向机部分：

整机背面

装配过程

锂电池仓

原设计为铅酸电池，后一朋友为我无偿提供了锂电池，在此再次表示感谢。

车铣加工

电机法兰安装

整体安装

电路部分

主控采用AVR的ATMEGA_32，电机驱动为H桥驱动方式，元件选用的IR2184和IRF1405。

传感器选用IDG300和ADXL335，电流传感器为ACS755。

另外还有一些外围的小功能，可有可无，不详述了。

控制驱动PCB图

传感器PCB图

PCB空板

焊接需要注意的就是——别太马虎就行。

先焊低矮的元器件，再焊大个的！

焊接基本完成

连接电机测试

散热器：

遥控和语音模块

控制程序部分

果壳网友们的素质都很高，这里就提一些关键部分。

一些个人认为有用的代码附在最后。

流程图

车身角度获取

选用的传感器为模拟量输出，因此只需要用单片机的AD采集数据后计算出角度值即可，需要注意的是，采集后的数据直接使用效果会很糟糕。

需要再次进行滤波计算，得到一个准确、及时、抗扰动的真实角度数据。

调速过程中可以用串口将数据输出，辅助调试。

计算车轮速度

这里就是简单的PID控制车轮转速，如果不记得就XX看看。

调试参数会花点时间，刚开始参数别调过大，否则抖动起来有危险！

另外需要设置角度过大停机的功能。

获取转向数据

转向数据为采集转向电位器而来，采集后的数据进行滤波处理后再用。

转向中间设置一个无效的死区，也是防止误动作。

遥控

（图片来自网络）

遥控为最普通的4键遥控器，淘宝成品。

语音

语音选用成品语音模块，厂家提供完整说明文档。

温度

硬件原先选用18b20，很是遗憾这部分程序没调通，可能原因1：

系统必须有多处中断，并且中断服务程序比较多，因而打乱了18b20的时序，加上没有示波器，因而没调通。

可能原因2：

智商问题。

尝试调试了近2小时无果后改用模拟量温度芯片LM35D，电压直接由电阻分压而来。

其余部分可自由发挥。

视频演示

无视频无真相，怕熊上门所以拍了一小段视频。

客厅实在太小，还放了些杂物，能够行走的地方就只有中间一小块了，跑不开。

友情提示：

此车有一定危险性，不排除摔倒、失控等问题，在空地上玩玩就好，打算用来代步上班的，请给自己买好保险！

附件1：

零件工程图