双轮自平衡机器人 §1.2 主要内容 本课题重点从两方面入手进行探究。它们分别是“高重心双轮自平衡机器人的实现”与“低重心双轮自平衡机器人的应用”。下面就这两方面作具体介绍。 §1.2.1 高重心双轮自平衡机器人的实现 高重心双轮自平衡是指在重力场中，机体重心高于支点（这里具体是指机器人的轮轴）的动态平衡。通过对两个车轮的控制，产生加速场，模拟物体平衡条件（∑F=0，∑M=0），产生回复力矩，使整个机体维持在重力势能的顶点。 平衡的流程是这样的： 稳 定 —〉重心偏移—〉探测器探知情况—〉处理器计算校正办法—〉机器人加速—〉物体收惯性力—〉物体重新平衡—〉循环 整个问题主要有三个方面组成：状态捕捉、控制算法、平衡能力。 ※ 状态捕捉，是指获取机体瞬间的状态参数，以便计算出相应的马达输出功率，维持机体的平衡状态。结合仿生学原理（参见“理论研究”），在传感器选择余地小等不利条件的制约下，目前设想的方法有如下几种： ◎ 光（距离）传感器法☆： • 如图 ： • 原理：利用 光传感器测 量 距离d，从 而 计 算 机体倾 角 。 • 优 点 ：能 够 精 确 测 定 倾 角 ，同 时 测 量 线 速 度 V（=d d / d t），为 控 制通 了 可 靠 且 有用 的数 据 。 • 缺 点 ：传感器的选择非 常 困 难 。目前已 知 的超 声 波 距离传感器大 多 在量 程 上 不符 合要求 （近 距离精 度 太 低 ）。而 光传感器是 反 馈 光的回 射 率 ，不能 准 确 测 得 距离（只 能 借 助 试 验 积 累的数 据 ）。同 时 易 易 受 外 界光照、接触面等因素影响。 • 注明：具体参见“实验 报告”。 ◎ 触脚传感法☆： • 如图 ： • 原理：利用 角 度 传感器反 馈 机体的倾 角 及角 速 度 ω（=dθ/ d t）。 • 优 点 ：可 靠 ，稳定 ，材料普及。 • 缺 点 ：触脚有支撑的嫌疑，可 能 会引起歧义 。 • 注明：具体参见“实验 报告”。 ◎ 应 激 发 ： • 如图 ： • 原理：测 量 机体的加 速 度 （其 实是 加 速 率 ），当 加 速 度 （率 ）达 到 一 定 界限 时 自 动 调整 。（就 像 人 在感觉 就 要 向 前摔 倒 时 立 刻 像 前一 步 作 支撑） • 优点：材料普及，符合仿生学原理（条件反射conditioned reflex）。 • 缺点...
