1. 研究目的与意义（文献综述）

目的：随着科技的发展和社会的进步，移动机器人的应用越来越广泛，这就要求它们能适应更多复杂的环境。两轮自平衡小车作为移动机器人的一种，既能感知环境，又能进行动态决策和行为控制，甚至能执行一些特殊的任务。两轮自平衡小车的显著优点是：采用了两轮共轴、各自独立驱动的工作方式(这种驱动方式又被称为差分式驱动方式)，车身的重心在车轮轴的上方，通过小车的前后移动来维持车身的平衡，并且还能够在直立平衡的情况下行驶。由于特殊的构造，其适应地形变化的能力很强，运动灵活，可以完成一些复杂环境里的工作。由于只有两个轮子，所以体积相对其他移动机器人可以做的很小，能够适应比较狭窄的空间。同时，由于采用双轮驱动，移动起来也十分灵活，甚至可以做到原地旋转。由于其轻便，运动灵活，适应面广，节约能源，环保等种种优点使得它的发展和应用前景非常地广阔。近十年来，两轮自平衡机器人引起同外许多研究机构和机器人爱好者极大关注，各种基于不同目的、不同设计方案和控制策略的自平衡系统相继而生。近年来，两轮自平衡小车的研究开始在美国、日本、瑞士等国得到迅速的发展。很多团队建立了多个实验原机型，提出来众多解决平衡控制的方案，并对原机型的自动平衡性能与运动特性进行了验证。通过对两轮自平衡系统的改造，可快速方便的应用到众多环境中去，这其中蕴藏着巨大的商机，相应有些国外公司现在已经推出了商业化产品，并且已经投放到了市场。我国也在不断加强对这方面的研究和应用，希望本次设计能对自平衡小车的自动控制系统设计有一个全面的说明。

意义：在理论研究方面，平衡车，作为一个控制系统，由于重力的存在，自平衡小车原本是不能自主保持站立的，需要依靠对轮的合适的控制来实现车身的平衡。通过马达的驱动来控制车轮的旋转状态，陀螺仪、加速度计等mems 传感器，算法，微控制器以及车体的机械结构装置联动的协调来控制小车的平衡，是一个集合了传感器测量，干扰去除，数据分析，实时处理，行为操作与执行的多个环节的综合控制系统。系统的动态响应要求较高，传感器的数据要进行滤波和分析后才能作为控制信息。因此对自动控制系统要有比较深刻的认识，具有很强的探究价值。通过运用外加速度传感器、传感器、倾角传感器、防碰撞开关等，可以实现小车的跟踪、路径规划和自主避障等多种复杂的功能。还可以把gps和惯性导航设备配备到小车上实现组合导航。所以，两轮自平衡小车是一个实现起来相对简单的复杂系统，受到世界各个国家的重视，具有较高的学术研究意义。

正因为有了这些优点，两轮自平衡小车经过一定的改造就可以制造成战场机器人或者“保姆”机器人，具有广阔的应用前景。对两轮自平衡小车的研究可以应用在多个方面，如路径规划，多个传感器的信息融合,以及承载，运输，搜救，代步，寻迹和家庭管理等。

2. 研究的基本内容与方案

（一）基本内容及目标：

在掌握stm32单片机技术、模拟和数字电子技术等课程的基础上，完成两轮自平衡小车的设计，并选择合适的检测传感器，设计硬件电路，实现小车循迹、避障的功能；选择合适的单片机，选择合适的算法对陀螺仪和加速度计数据进行融合,补偿传感器测量误差,计算出小车倾角与角速度的最优估计值。并以最优姿态角和小车速度为反馈量构成双闭环控制,利用pid控制算法实现小车系统的自平衡控制。利用altium designer电子设计辅助软件绘制所设计的原理图，编写系统主体程序。在proteus中对硬件电路和单片机软件部分进行仿真或者实现所设计的电路，并利用keil软件进行软件调试。

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 李亚文,常亮.一种基于arm-stm32的两轮自平衡小车的设计与实现[j].计算机与数字工程,2017,45(07):1426-1429 1436.