一种两轮自平衡遥控小车的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种两轮自平衡小车，尤其是带无线遥控和显示功能的两轮自平衡小车，属于机器人领域。
【背景技术】
[0002]现阶段存在的用于教学的自平衡小车功能单一，自平衡精度不高，稳态时抖动比较大。虽然现有的能够较为直观反映自平衡原理，但是模式单一，控制参数不可控，并且不能够实现人与小车的互动，所以为了解决上述问题，本实用新型提供一种两轮自平衡遥控小车。
【实用新型内容】
[0003]为了解决现有的自平衡小车的模式单一，控制参数不可控，不能实现人机互动等不足，本申请提供一种带有无线遥控功能、显示功能和能够自平衡控制参数的自平衡遥控小车，本实用新型提供的技术方案如下:
[0004]—种两轮自平衡遥控小车，其特征在于:包括遥控终端和车体，所述车体分为车底和车身，所述车底设有车轮、驱动电机、光电编码器；所述车身上设有2层支架，下层支架上设有驱动电路板和电源；上层支架上设有单片机、传感器、红外接收器、显示屏和按键；所述单片机分别控制按键、传感器、光电编码器、红外接收器。
[0005]所述车轮和驱动电机通过齿轮连接，所述光电编码器与驱动电机同轴连接。
[0006]所述车轮、驱动电机、光电编码器分别设有2个，对称安装在车底。
[0007]所述电源为驱动电路板和单片机供电。
[0008]所述传感器为MPU6050倾角传感器。
[0009]所述单片机为STM32F103型号。
[0010]所述显示屏用来显示控制参数，小车倾角，小车速度。
[0011]所述遥控终端包括前进、倒退、左转、右转、停止等按键。
[0012]所述按键用来调试PID参数。
[0013]本实用新型的工作原理:开机上电后，MPU6050倾角传感器测得小车的加速度和角速度，并将信号传输给单片机，单片机通过IIC读取数字量，在程序中进行卡尔曼滤波算法；此时STM32F103型号的单片机芯片将得到小车的当前的倾斜角度；同时单片机通过两个光电编码器反馈的信号处理得到小车左右车轮的速度，将倾角与小车速度通过PID算法的嵌套使用，形成两个内外闭环控制，(所述的内环是角度反馈环，外环是速度反馈环，内环保证小车不受外力的时候保持直立平衡，外环是小车收到外力的时候使小车减速保持直立平衡)。从而使小车获得更稳定精准的平衡性能。
[0014]遥控终端有五个功能按键，分别控制小车的前后左右各个方向的行驶及停止。
[0015]车体上按键部分可以直接调节自平衡的PID参数，能够及时反映出不同控制方式下的控制效果，操作简单方便。左右是切换Kp (比例调节系数)，Ki (积分调节系数)，Kd (微分调节系数)，上下是调整大小，上是加下是减。
[0016]显示部分显示控制参数，小车倾角，小车速度等参数。能够使得使用人员无须连接电脑上位机便可直接读取小车重要部分参数，大大提升使用方便性。
[0017]本实用新型的有益效果为:
[0018](1)可以及时显示小车当前速度等控制参数，方便使用人员的读取。
[0019](2)根据使用人员的需要进行小车当前速度的调整。
[0020](3)可以有效解决人机互动的问题。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型两轮自平衡遥控小车的的前视图；
[0022]图2为本实用新型两轮自平衡遥控小车的的俯视图；
[0023]图3为本实用新型两轮自平衡遥控小车的控制终端示意图；
[0024]图4为本实用新型两轮自平衡遥控小车的控制器结构流程图。
【具体实施方式】
[0025]如图1和图3所示，本实用新型包含遥控终端和小车车体两部分。遥控终端含有前进、后退、左转、右转和停止按键。其通过遥控终端上的红外发射装置将信号发送到小车车体上，由车体上的红外接收装置进行接收遥控终端发射的信号，然后将控制信号传送到单片机进而控制小车的行驶。
[0026]小车车底部分设有左右两个车轮，分别为左车轮(10)、右车轮(9)，对称安装在车底两侧，且2个车轮上分别通过齿轮连接一个左驱动电机(5)和右驱动电机￠)，其在左右驱动电机上分别同轴连接一个左光电编码器(8)、右光电编码器(7)。
[0027]小车车身上设有上层支架(11)和下层支架(12)，所述上层支架(11)上设有STM32F103单片机(2)、倾角传感器(13)、调试按键(14)、显示屏(1)、红外接收器(15)，所述下层支架(12)上设有电源(3)、驱动模块(4);电源(3)为单片机(2)和驱动电路板(4)供电，单片机(2)作为控制中枢接收按键(14)、倾角传感器(13)、左光电编码器(8)、右光电编码器(7)和红外接收器(15)的信号，经过处理后输出信号给驱动电路板(4)和显示屏(1)，然后驱动电路板来驱动电机，电机驱动车轮，来保持小车的平衡；同时调试按键(14)可以根据显示屏上(1)上的信息进行对小车速度的控制，且调试按键也可以根据工作人员的需要，进行相关速度的调整。
[0028]本实用新型小车的具体工作原理如下:开机上电后，MPU6050倾角传感器实时检测小车的加速度和角速度信号，并将信号传送到单片机，单片机通过卡尔曼滤波算法得到小车的倾斜角度。同时单片机通过两个光电编码器反馈的信号处理得到小车左右车轮的速度，将倾角与小车速度通过PID算法的嵌套使用，并能通过给定得到力矩，与小车重心倾斜产生的力矩相互抵消从而使小车获得更稳定精准的平衡性能，达到自平衡的目的。遥控终端有五个功能按键，分别控制小车的前后左右各个方向的行驶及停止。遥控终端给定一个信号时，通过红外收发装置将信号传到单片机内部，单片机通过处理之后给出速度给定，通过驱动电路控制电机运转，通过双闭环控制实现动态平衡。使小车在改变方向和速度的同时保持良好的平衡性能。车体上按键部分可以直接调节自平衡的PID参数，能够及时反映出不同控制方式下的控制效果，操作简单方便。显示部分显示控制参数，小车倾角，小车速度等参数。能够使得使用人员无须连接电脑上位机便可直接读取小车重要部分参数，大大提升使用方便性。
[0029]虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
【主权项】
1.一种两轮自平衡遥控小车，其特征在于:包括遥控终端和车体；所述车体分为车底和车身；所述车底设有车轮、驱动电机、光电编码器；所述车身上设有2层支架，下层支架上设有驱动电路板和电源；上层支架上设有单片机、传感器、红外接收器、显示屏和按键；所述单片机分别控制按键、传感器、光电编码器、红外接收器。2.根据权利要求1所述的一种两轮自平衡遥控小车，特征在于，所述车轮和驱动电机通过齿轮连接，所述光电编码器与驱动电机同轴连接。3.根据权利要求1所述的一种两轮自平衡遥控小车，特征在于，所述车轮、驱动电机、光电编码器分别设有2个，对称安装在车底。4.根据权利要求1所述的一种两轮自平衡遥控小车，特征在于，所述电源为驱动电路板和单片机供电。5.根据权利要求1所述的一种两轮自平衡遥控小车，特征在于，所述传感器为MPU6050倾角传感器。6.根据权利要求1所述的一种两轮自平衡遥控小车，特征在于，所述单片机为STM32F103 型号。7.根据权利要求1所述的一种两轮自平衡遥控小车，特征在于，所述显示屏用来显示控制参数，小车倾角，小车速度。8.根据权利要求1所述的一种两轮自平衡遥控小车，特征在于，所述遥控终端包括前进、倒退、左转、右转、停止按键。
【专利摘要】本实用新型公开了一种两轮自平衡小车，属于机器人领域。所述两轮自平衡遥控小车，其特征在于：包括遥控终端和车体，所述车体分为车底和车身，所述车底设有车轮、驱动电机、光电编码器；所述车身上设有2层支架，下层支架上设有驱动电路板和电源；上层支架上设有单片机、传感器、红外接收器、显示屏和按键；所述单片机分别控制按键、传感器、光电编码器、红外接收器。通过显示屏可以及时显示小车当前速度等控制参数，方便使用人员的读取。使用人员还可以使用按键对小车当前速度的调整，可以有效解决人机互动的问题。
【IPC分类】G05B13/02
【公开号】CN205067990
【申请号】CN201520805309
【发明人】薛长森, 王贝贝, 王丁一, 李英, 马飞翔
【申请人】江南大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年10月13日