研究目标：设计一款新型的、结构简单、成本低的两轮自平衡车，使其能够很好地实现自平衡功能，本文将对自平衡车进行车体的结构设计，采集车体信息的各种传感器的选型，自平衡车系统的动力学分析，车体平衡机理分析和平衡条件的推导，以及两轮自平衡车控制系统的设计等。

研究内容：设计一两轮自平衡小车，能遥控无线控制其进行前进、后退、加速等动作，独立完成这一个软硬件系统的分析、设计和实践等各阶段的工作。

解决的问题：两轮自平衡小车是一个集动态决策和规划、环境感知、行为控制和执行等多种功能于一体的综合复杂系统，其关键是在解决自平衡的同时，还能够适应在各种环境下的控制任务。通过运用外速度传感器、角速度传感器等，可以实现小车的平衡自主前进。技术关键：① 测量小车的姿态、速度等；② 使用处理芯片对姿态信息进行处理；③ 使用控制芯片，用模糊控制方法控制小车。主要技术指标：在一定角度内实现平衡，受外界一定干扰能自主恢复平衡等。两轮自平衡机器人系统是一个复杂的机电系统，设计两轮自平衡机器人需要设计其机械系统、电系统及软件。而电系统是包括控制处理器、传感器、执行机构和电源的一个复杂系统。

随着社会的进步,两轮自平衡车的研究与商业价值得到了广泛的重视,并且越来越多的年轻人喜爱这种平衡车。两轮自平衡车不仅应该能够在一定角度内实现平衡,而且受外界一定干扰能自主恢复平衡,本次设计使用了一种两轮自平衡车设计方案,硬件结构采用一种双马达的两车轮底座,并且使用陀螺仪MPU-6050来采集车体的相关数据,而且在调节方式上使用的是PID调节,主控芯片使用STM32F103C8T6来完成信号的处理和滤波算法,从而达到对车体平衡的控制,使小车能够达到自平衡状态,同时能遥控无线控制其进行前进、后退、加速等动作。

研究的目的和内容

这次研究的目的便是设计出两轮自平衡小车，它能够完成自平衡功能，通过蓝牙功能来遥控无线控制其进行前进、后退、加速等动作。我们需要进行对平衡车进行一些分析，例如车体的结构设计，采集车体信息传感器分析，平衡车系统结构的整体分析，车体平衡条件的分析和它的推导过程，以及衡车控制系统的完成。平衡车实现的目的便是让平衡车在地面上实现直立的功能，受外界影响时也能自主恢复平衡。通过陀螺仪传感器特性，然后使用卡尔曼滤波算法分析，将所测数据进行整理，获得了更准确的小车姿态信息。

它的整体设计思路主要包括：车体结构及硬件设计，软件算法的设计。在小车的车体结构及硬件设计上，应该尽量保持车体的重心在车体的中心，这样能使小车更容易平衡，增加了车体的稳定性，还要满足双马达的供电需求。在软件算法设计上，主要是调试过程的参数调整，传感器数据的滤波分析算法的实现以及PID调试，实现软件和硬件的结合。

两轮自平衡小车的平衡原理的分析主要包括了物理和数学模型分析，PID原理分析部分，以及滤波算法的分析。功能实现部分主要是用硬件的实现。结构的设计主要有小车主体的搭配，重心调整和传感器的设置等。硬件电路设计包括了电源模块的完成，主控制器STM32最小系统模块的布置，还有传感器数据采集模块和蓝牙的模块数据传输模块，马达驱动模块的使用；软件系统设计主要包括各类模块驱动的开发，传感器数据的采集和滤波，马达的转速测量，马达的转速控制，主控芯片以及各外设的初始化，蓝牙的模块通信以及PID控制器算法；最后完成整个系统的调试和完善。