diy一个会卖萌的自平衡机器人（diy一个会卖萌的自平衡机器人）

Nano的想法始于2013年夏天，当时它还被称为“蛋黄”。当时的想法是做一款入门级的自平衡车（因为学校飞思卡尔比赛的时候我在平衡组，作为预习作业），最初的想法是：基于Arduino，可以用PS2控制器控制，它可以平衡和行走，而且应该很可爱。

事实上，那也是我第一次接触和使用Arduino。我当时还是个穷小子……买了一块国产mini pro裸板，心里有点小高兴。然后没过多久，我就盲目的给霍霍接上了电源……

原版的蛋黄是用mini pro制作的。由于当时还没有3D打印机，所以所有的部件基本上都是用万能胶连接的。整体结构非常粗糙。我该怎么说呢？这可能是蒸汽朋克风格。 （并不真地）。

蛋黄的信息发布到论坛后，引起了广泛关注。很多同学被成功带入了自平衡车的坑……一年多来，不断有人问我相关问题。正因为如此，我才觉得依赖这样一件小事是羞耻的。我花了很长时间和大家打交道，用实用的信息，对自平衡系统有了更深入的了解……所以我决定改进第一代蛋黄的诸多缺点，开始设计和生产2.0版本的蛋黄。

对第一代的不满主要体现在外观（毕竟外观是战斗力的关键）、速度控制（当时几乎没有使用速度环，只能靠不断的手动调整平衡）点动），扩展性（第一代的外设太简陋，没有充分利用处理器的性能），外观（看得出来我很在意……）。

终于有纳米了~

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好吧，接下来我就介绍一下制作Nano的详细教程，包括自动控制的一些原理以及个人的一些问题和经验总结。另外值得注意的是，实现对自平衡机器人的完全控制需要大量的参数调试过程。因此，本教程会尽量通俗地介绍原理和调试方法，但仍然需要你有一定的电子制作基础，熟悉Arduino的使用。较强的动手能力，和坚定的极客精神，祝你成功：-)

原则

自平衡车是典型的倒立摆控制模型。什么是倒立摆？相信大家都见过普通的钟摆。

当物体离开垂直平衡位置时，它将受到重力和悬挂线的合力推动重物回到平衡位置。这个力称为恢复力，其大小为

F=mgsin

当偏角很小时，sin ，因此恢复力与偏角成正比，方向相反。在这个恢复力的作用下，单摆将作周期性运动。

当考虑一个在空气中运动的摆时，由于空气的阻尼力，摆最终会停在垂直平衡位置。空气的阻尼力与摆运动的角速度成正比，方向相反。阻尼力越大，摆锤就越快稳定在垂直位置。

现在让我们看看这样的等效模型

我们的汽车模型实际上相当于一个倒立摆。可以看出，此时重力对物体的作用是向下的。也就是说，当物体偏移一定角度时，重力的作用将与偏移角度的方向相同。如果轮子不移动，钟摆很快就会翻倒。

为了解决这个问题，使倒立摆像简单的钟摆一样稳定在垂直位置，我们有两种方法：（1）改变重力方向（2）添加额外的力，使恢复力与方向相反的位移。

显然，只能采用第二种方法了。为此，我们根据摆锤的偏置角来控制车轮的加速和减速。这样，在小车的坐标系（非惯性系）中，摆锤就会受到附加惯性力的影响。最后，让钟摆保持平衡。

更简单地说，当我们发现汽车向前倾倒时，我们迅速加速它的车轮向前；当我们发现汽车向后倒时，我们迅速向后加速其车轮。只要这个过程做得足够准确、足够快，就可以实现汽车的自平衡。

硬件

原理上说我们需要根据小车的偏移角度来控制车轮的加速和减速，所以这里根据需要需要用到的模块有：

Arduino主控板——你熟悉的就选吧，推荐nano，体积小巧，下载方便。

陀螺仪加速度计模块——用于测量倾角，推荐MPU6050，便宜好用

减速电机——尺寸定制，但最终输出转速约为300rpm。值得注意的是，电机必须有编码器或码盘来测量速度，可以是单相也可以是两相。

电机驱动——普通尺寸电机推荐使用TB6612驱动芯片，比L298效率更高，不易发热（平均电流1.2A左右，功率较大请选择L298或其他驱动器）；对于微型电机，可以使用L9110s模块，价格便宜，结构紧凑

蓝牙模块——用于与手机通讯，可以是从机模块，也可以是主从一体

按钮- 任何两针按钮都可以，用于进行一些设置

电池——若采用高于5V的锂电池供电，可直接使用。不过，如果微型车采用3.7v小电池供电，则需要注意添加额外的DC升压模块，否则Arduino可能无法在16MHz下正常工作。

其他扩展模块可以包括：

超声波模块——可用于距离测量和避障。 SR04比较常用，较小的是RCW-0001。当然，对于较小的，您也可以购买一个集成收发器和接收器的DIY设备。

距离传感器——夏普的一系列传感器，比超声波模块更昂贵，但也提供更好的结果

OLED显示屏——当然，为了显示状态数据，屏幕是必不可少的。 0.96英寸的分辨率12864非常有效。请注意