DIY 一辆自己的 “赛格威”平衡车！上善若水42 2013-11-28 17:58首先向大家表示歉意，去年发帖展示初代平衡车时就已经承诺编辑出一份制作说明，但一直未能完成，很是抱歉！原因有四：1、 太过粗糙，发出来确实有碍观瞻；2、 上次做车没留下几张照片，无图无真相；3、 一直工作比较繁忙，实在没能抽出时间；4、 （接原因2）本意尽快再做一个，留下照片但女皇迟迟不给批款，所以才延误至今！此次为了完成自己的承诺，可是耗费了2月的零花钱并且有视频有真相，希望您能喜欢原理简介“赛格威”平衡车图片来自 “赛格威” （英语：Segway）是一种电力驱动、具有自我平衡能力的个人用运输载具，是都市用交通工具的一种由美国发明家狄恩·卡门与他的 DEKA 研发公司（DEKA Research and Development Corp.）团队发明设计，并创立思维车责任有限公司（Segway LLC.） ，自2001年12月起将思维车商业化量产销售 （资料来源：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，如果不记得就百度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1：零件工程图点击下载完整工程图（文件大小：6.15M） （本设计已提交专利申请，请勿用于商业用途 ）附件2：重点代码2.1车身角度滤波代码/************滤波************/float P[2][2] = {{ 1, 0 },{ 0, 1 }};float Pdot[4] ={0,0,0,0};const char C_0 = 1;float q_bias, angle_err, PCt_0, PCt_1, E, K_0, K_1, t_0, t_1;float Q_angle=0.001, Q_gyro=0.003, R_angle=0.5, dt=0.01;void Kalman_Filter(float angle_m,float gyro_m) {angle+=(gyro_m-q_bias) * dt; Pdot[0]=Q_angle - P[0][1] - P[1][0]; Pdot[1]=- P[1][1];Pdot[2]=- P[1][1];Pdot[3]=Q_gyro;P[0][0] += Pdot[0] * dt; P[0][1] += Pdot[1] * dt;P[1][0] += Pdot[2] * dt;P[1][1] += Pdot[3] * dt;angle_err = angle_m - angle; PCt_0 = C_0 * P[0][0];PCt_1 = C_0 * P[1][0];E = R_angle + C_0 * PCt_0;K_0 = PCt_0 / E;K_1 = PCt_1 / E;t_0 = PCt_0;t_1 = C_0 * P[0][1];P[0][0] -= K_0 * t_0; P[0][1] -= K_0 * t_1;P[1][0] -= K_1 * t_0;P[1][1] -= K_1 * t_1;angle += K_0 * angle_err; q_bias += K_1 * angle_err; angle_dot = gyro_m-q_bias; }//**************滤波*****************//static float C_angle,C_angle_dot; static float bias_cf;void Complement_filter(float angle_m_cf,float gyro_m_cf){bias_cf=0.998*bias_cf+0.002*gyro_m_cf; C_angle_dot=gyro_m_cf-bias_cf;C_angle=0.98*(C_angle+C_angle_dot*0.02)+0.02*angle_m_cf;}//***************************** 滤波结束*********************************/2.2 转向数据处理代码/************转向************/void Steering_handle(void) { Buf= 0.9 *Buf + 0.1 * AD_Turn; Turning= Buf -Turn_Zero; // if(Turning Turn_Dead)Turning-=Turn_Dead; else Turning= 0; if (mode==0) {Drive_A=0;Drive_B=0;if (!(angle>0.1||angle55||Turning KEY_LONG_PERIOD){KeyTimeCount = 0;KeyTemp|=KEY_LONG; KeyState = KEY_STATE_CONTINUE;}}else {KeyState = KEY_STATE_RELEASE;}}break;case KEY_STATE_CONTINUE:{if(KEY_NULL !=(KeyTemp)){if(++KeyTimeCount > KEY_CONTINUE_PERIOD){KeyTimeCount = 0;KeyTemp |= KEY_CONTINUE;}}else {KeyState = KEY_STATE_RELEASE;}}break;case KEY_STATE_RELEASE:{LastKey |=KEY_UP;KeyTemp = LastKey;KeyState = KEY_STATE_INIT;}break;default:break;}*pKeyValue = KeyTemp; } 2.4电池电压void Get_Batt_Volt(void) { int buf3=0,b=0;buf3=0.9*buf3+0.1*AD_Batt;if (b>10){Voltage=buf3*3000.0/1024/65;b=10;}else{b++;} }。