1国外研究现状

两轮平衡小车自开始研制以来，迅速成为研究与检验各种自动控制理论的理想平台，具有非常重要的理论意义，这要归咎于它的不稳定的动态性能和非线性。

最早提出两轮平衡机器人概念的是日本电通大学山藤高桥教授，并在1986年开始研发制造了一个导轨上的俩轮倒立摆机器人。它的基本概念就是用数字处理器来检测小车的平衡状态，然后凭借平衡的双轮来使机器保持稳定。这一项目的研制对往后两轮平衡机器人的研究具有重大的意义。84450

瑞士联邦工业大学工业的Felix Grasser等人利用DSP控制平台，在2002年研发出了远程控制两轮移动机器人Joe。操作者可以通过无线装置远程控制Joe的运动速度和方向，能在各种条件下运行并且保持平衡。

美国SegwayLLC公司研制的两轮移动机器人，不仅能使操作员员在水平站立的情况下保持平稳的前进，而且能在操作员身体倾斜时保持平衡，可以在各种环境下使用[2]。其外观如图1-2所示：

图1-2 Segway 两轮平衡小车       图1-3 Legway自平衡机器人 

其工作原理是建立在一种“动态稳定”基本原理上，即小车本身的自平衡能力。当小车倾斜时，系统通过陀螺仪、倾角传感器等来检测车体的重心并维持平衡或前进。这里还要指出的是Segway的踏板在电机轴之下，具有自我平衡的能力。它的动态特性类似于荡秋千运动，总是自然的在平衡位置摆动。本文所设计

的两轮平衡小车，具有本质不稳定性，从这个来说，两轮平衡小车的平衡控制的实现更为复杂。                 

2002年，美国的Lego公司的Steve Hassenplug设计了两轮自平衡机器人Legway。这个机器人不仅能够轻松的实现原地平衡站立、前进等基本动作，而且在有倾角的斜面上保持平衡、上坡等复杂动作。遗憾的是Steve在编写控制程序时一直未能成功。外观如图1-3所示：

2007年，早稻田大学的Ryo watanabe在Legway的启示下设计研发了NXTway两轮自平衡机器人。NXTway两轮自平衡机器人的控制程序要比Legway简单得多，但是足够保持机器人的平衡，它不仅仅具有很大的研究价值，而且非常具有娱乐性。外观如图1-4所示：

图1-4 NXTway自平衡机器人        图1-5 自平衡机器人

2国内研究现状

西安电子科技大学研制出了两轮自平衡机器人，它采用伺服放大器ADS作为控制器，将俩个电机作为执行器，采用神经网络的模糊控制对小车进行平衡控制，从而实现小车系统的平衡。如图1-5所示：

哈尔冰工程大学研制的两轮直立自平衡机器人，采用俩块Cygnal公司的51单片机和人机交互上位机为控制核心，车体倾斜角的测量采用的是加速度传感器，利用PWM调节俩台直流电机的转速，上位机与机器人之间通过无线模块连接，人机交互界面采用的是240*128图形液晶点阵，这台机器人还有方向摆杆及按键，运用的是一套独特的软件运算方法，实现了该机器人整个系统的数据的交换和控制。

    Free Mover是中国科技大学研究出的一种两轮自平衡代步电动车，这种小车是一种左右两轮并行结构的，且具有自我平衡能力的小车，它的车体内被嵌入了CPU，可以采集平衡状态的速度和加速度传感器的数据，凭借整个系统的数学模型添加控制算法，算出输出脉冲宽度调制信号即PWM来调节俩个电机的转速，使小车保持平衡，并根据重心的变化自动实现前进、后退、转弯等动作。