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傳感器在自平衡電動獨輪車上的應(yīng)用
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2015/4/21

  自平衡電動獨輪車靠電機驅(qū)動的,采用陀螺儀與驅(qū)動電路控制保持不倒。把身體向前傾斜就可以啟動。速度則是由身體的傾斜程度來控制的,想要加速則向前傾,減速則向后傾。

  拋開人的主動操控,獨輪平衡車保證正常工作一定離不開加速度傳感器和角速度傳感器(陀螺儀)。

  加速度傳感器:

  加速度傳感器可以測量由地球引力作用或者物體運動所產(chǎn)生的加速度。只需要測量其中一個方向上的加速度值,就可以計算出車傾角。比如使用X軸向上的加速度信號,車直立時,固定加速度器在X軸水平方向,此時輸出信號為零偏電壓信號。當(dāng)車發(fā)生傾斜時,重力加速度g便會在X軸方向形成加速度分量,從而引起該軸輸出信號的變化。

  但在實際車運行過程中,由于平衡車本身的運動所產(chǎn)生的加速度會產(chǎn)生很大的干擾信號疊加在上述測量信號上,使得輸出信號無法準(zhǔn)確反映真正的傾角。因此對于直立控制所需要的姿態(tài)信息不能完全由加速度傳感器來獲得。

  角速度傳感器:

  陀螺儀可以用來測量物體的旋轉(zhuǎn)角速度。平衡車上安裝陀螺儀,可以測量車傾斜的角速度,將角速度信號進行積分處理便可以得到車的傾角。

  談到平衡我們就不得不說到陀螺儀,陀螺儀的原理就是,一個旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時,是不會改變的。人們根據(jù)這個道理,用它來保持方向,制造出來的東西就叫陀螺儀。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。輪子轉(zhuǎn)得越快越不容易倒,因為車軸有一股保持水平的力量。陀螺儀在工作時要給它一個力,使它快速旋轉(zhuǎn)起來,一般能達(dá)到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn),可以工作很長時間。然后用多種方法讀取軸所指示的方向,并自動將數(shù)據(jù)信號傳給控制系統(tǒng)。

  加速度和角速度兩個傳感器都無法單獨獲得動態(tài)情況下的準(zhǔn)確,穩(wěn)定的姿態(tài),但是這兩種傳感器具有互補性,即加速度傳感器,在靜態(tài)情況下使用效果會好一些,陀螺儀在動態(tài)情況下使用,效果會好一些。此時,就需要一種算法,來將這兩種信號進行有效融合,才能獲取準(zhǔn)確的姿態(tài)信息。

  所以電動獨輪平衡車主要通過控制器(智能芯片)、姿態(tài)傳感器(陀螺儀)、執(zhí)行器(電機)三部分來實現(xiàn)平衡。當(dāng)駕駛者傾斜身體時,姿態(tài)傳感器輸出相應(yīng)姿態(tài)信息,控制器感知到這個信息后,命令電機向相應(yīng)方向旋轉(zhuǎn),姿態(tài)傳感器按一定頻率不停地測量車子姿態(tài),并輸出姿態(tài)息到控制器,控制器不停地調(diào)整電機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速,這樣就保持了一個動態(tài)的平衡。

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