“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，关键零件都可以在某宝上直接买到，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。

“赛格威”平衡车原理

“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。
“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。
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DIY自己的“赛格威”平衡车

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。

平衡车机械部分

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。（要说明的是，结构已申请专利，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。
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平衡车整机外形。
结构细节。 [page]
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。
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整机背面。
装配过程。
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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。 [page]
电机法兰安装。
整体安装。
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平衡车电路部分

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。
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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。

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连接电机测试。
散热器。


遥控和语音模块。
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控制程序部分

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。
平衡车车身角度获取

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。


遥控为最普通的4键遥控器，某宝成品。
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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。

附：零件工程图（清晰版工程图打包下载：http://bbs.cntronics.com/thread-230712-1-1.html ）
最后附上几组重要代码，以供参考。点击下载“赛格威”平衡车重要代码。

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