善，最终形成了如图 1-5 所示的 Legway 独轮平衡电动代步车。该车驾驶方便， 使用清洁能源，占用空间小，且行驶速度高，抗干扰能力强，外形美观。一经问 世，便受到了广大青年的喜爱与追捧。Legway 自平衡机器人

Legway 独轮平衡代步电动车

近年来，日本 Cocoa Motors 公司最近开发出一种如图 1-6 所示的便携式代 步电动车 WalkCar，WalkCar 使用锂电池提供动力，其体型与笔记本电脑相似， 更像滑板。该车使用铝合金制作，重量约在 2 到 3 公斤之间，WalkCar 的最高时 速为 10km/h，充电 3 小时候最远行程为 12km，最多可以承重 120 公斤。其控制 系统与之前介绍的“Segway”类似，都是通过驾驶者调整自己重心位置来改变 前进方向以及前进速度。WalkCar 的操作非常简单，站在上面后，该车就可以自 动启动。其外形更加简约，几乎不占用空间。

2 国内的研究状况

最近几十年，便携式代步电动车的研究在我国也取得了丰富的成效。为了掌 握代步电动车控制系统的控制原理，我国的许多高校以及相关高新企业也对其进 行了深入的研究。

早在 2001 年，华南理工大学的学生研制了不完整的两轮驱动机器人，如图

1-7 所示，它是个两轮驱动的三轮测试平台，从而实现了对于驱动控制系统平稳 性的深入研发。该机器人实验平台的控制系统采用一台计算机作为核心部分，连 接在电极上的旋转编码盘在电极转动时发出脉冲信号，经过脉冲鉴别向向电路获 取电机的转动方向，将来自鉴向电路的脉冲模拟信号引入计算机进行计数。从而 得到电机的旋转速度。在进行实验时他们发现，该平台的各种实时参数均随着时 间而变化，而且系统也会相应的受到干扰的作用，在这些不利影响下，该测试平 台仍旧完成了对该系统的控制研究，并且调试的计算机程序达到了预想的成效， 为以后的深入研究奠定了基础。

两轮驱动的三轮机器人实验平台

2002 年，洛阳北方企业有限公司与河南科技大学机电学院通力合作，对代 步车控制技术进行了系统而深入的研究。并且联手制作了平行双轮电动车的实验 模型，如图 1-8 所示。该车采用自平横控制系统，其硬件电路包括电源模块，信 号调整模块，数码显示电路，方向盘读取电路，无线传输模块等等部分，由拉格 朗日平衡方程推导其数学模型并且建立了该车控制系统，推导了三自由度的状态空间运算等式。并在线性系统理论的基础上，在 Matlab 环境下中进行了模拟控 制和行走仿真实验。

平衡双轮电动车

2008 年，北京工业大学智能研究所孙亮等研究员，针对两轮自平衡电动车 的动力学方面的特性，采用一种新型的多层模糊控制的研究方法，研制了一种基于 mamdani 型的控制器，对自平衡电动车的前进与转弯进行控制，完美的完成 了自平衡代步电动车的控制要求[5]。

2010 年，北京交通大学电气工程学院的李凡红教授把代步车模型搭建在 LEGO 机器人实验平台上，根据牛顿定律对该平衡车控制系统进行三维数学建模， 并把该数学模型进行数学线性理想化处理，得到最终的状态平衡方程。对身体仪 态传感器收集到的数据进行线性最优化处理，从而解决了陀螺仪自身存在的漂浮 误差和加速度仪的动态方面误差，得到了最优化的结果[6]。

2011 年 11 月，上海某公司所生产的智能平衡代步电动车增加了很多新的模 块，诸如双保险安全系统和限速模块等等，通过使用车上的按钮可以达到及时减 速的目的，使用安全性能高，该车自带的 CPU 模块和无线图像传输部分，可以 把驾驶者四周的实际环境实时传输至 CPU 后台控制系统。这辆新型的便携式代