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传感器在自平衡电动独轮车上的应用

2015-07-28 15:13:15

[导读] 自平衡电动独轮车靠电机驱动的,采用陀螺仪与驱动电路控制保持不倒。把身体向前倾斜就可以启动。速度则是由身体的倾斜程度来控制的,想要加速则向前倾,减速则向后倾。

自平衡电动独轮车靠电机驱动的,采用陀螺仪与驱动电路控制保持不倒。把身体向前倾斜就可以启动。速度则是由身体的倾斜程度来控制的,想要加速则向前倾,减速则向后倾。

抛开人的主动操控,独轮平衡车保证正常工作一定离不开加速度传感器和角速度传感器(陀螺仪)。

加速度传感器

加速度传感器可以测量由地球引力作用或者物体运动所产生的加速度。只需要测量其中一个方向上的加速度值,就可以计算出车倾角。比如使用X轴向上的加速度信号,车直立时,固定加速度器在X轴水平方向,此时输出信号为零偏电压信号。当车发生倾斜时,重力加速度g便会在X轴方向形成加速度分量,从而引起该轴输出信号的变化。

但在实际车运行过程中,由于平衡车本身的运动所产生的加速度会产生很大的干扰信号叠加在上述测量信号上,使得输出信号无法准确反映真正的倾角。因此对于直立控制所需要的姿态信息不能完全由加速度传感器来获得。

角速度传感器

陀螺仪可以用来测量物体的旋转角速度。平衡车上安装陀螺仪,可以测量车倾斜的角速度,将角速度信号进行积分处理便可以得到车的倾角。

谈到平衡我们就不得不说到陀螺仪陀螺仪的原理就是,一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是不会改变的。人们根据这个道理,用它来保持方向,制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒,因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪在工作时要给它一个力,使它快速旋转起来,一般能达到每分钟几十万转,可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向,并自动将数据信号传给控制系统。

加速度和角速度两个传感器都无法单独获得动态情况下的准确,稳定的姿态,但是这两种传感器具有互补性,即加速度传感器,在静态情况下使用效果会好一些,陀螺仪在动态情况下使用,效果会好一些。此时,就需要一种算法,来将这两种信号进行有效融合,才能获取准确的姿态信息。

所以电动独轮平衡车主要通过控制器(智能芯片)、姿态传感器(陀螺仪)、执行器(电机)三部分来实现平衡。当驾驶者倾斜身体时,姿态传感器输出相应姿态信息,控制器感知到这个信息后,命令电机向相应方向旋转,姿态传感器按一定频率不停地测量车子姿态,并输出姿态息到控制器,控制器不停地调整电机的转动方向和转速,这样就保持了一个动态的平衡。

[整理编辑:CK365测控网]
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