CN205087089U - 一种基于无线控制的双轮自平衡小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线控制的双轮自平衡小车，包括车体和控制系统，车体包括左轮、右轮、车轴和平衡块，左轮与右轮之间通过车轴相连接，平衡块置于车轴上，控制系统包括无线接收模块、无线发射模块、单片机、陀螺仪、角速度传感器、降压供电单元、电源模块、光电编码器、电机驱动单元和电机，左轮、右轮上均安装有电机和光电编码器，平衡块内安装有单片机、陀螺仪、角速度传感器、降压供电单元、电源模块、电机驱动单元以及无线接收模块，无线发射模块置于车体之外。该小车体积小，结构简单，能够实现快速而精确的远距离无线控制。

Description

一种基于无线控制的双轮自平衡小车

技术领域

本实用新型涉及机器人应用技术领域，具体涉及一种基于无线控制的双轮自平衡小车。

背景技术

近年来，随着移动机器人研究不断深入，应用领域更加广泛，所面临的环境与任务也越来越复杂。机器人经常会遇到一些比较狭窄，而且有很多大转弯的工作场合，如何在这样复杂的环境中灵活快捷的执行任务，成为了人们颇为关注的一个问题，双轮自平衡小车式机器人就是在这样的背景下产生的，由于其体积小、结构简单、运动灵活，适合于狭小和危险的空间内工作，在军用和民用领域有着广泛的应用前景。但现有的双轮自平衡小车存在难以在保持稳定自平衡的同时，实现远距离快速、精确控制其运动状态的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术存在的难以远距离快速、精确控制两轮自平衡小车运动状态的问题，提供一种基于无线控制的双轮自平衡小车，通过无线接收模块接收无线发射模块的指令，使其快速而精确的实现各种运动状态。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种基于无线控制的双轮自平衡小车，包括车体和控制系统，所述车体包括左轮、右轮、车轴和平衡块，所述左轮与右轮之间通过所述车轴相连接，所述平衡块置于车轴上，所述控制系统包括无线接收模块、无线发射模块、单片机、陀螺仪、角速度传感器、降压供电单元、电源模块、光电编码器、电机驱动单元和电机，所述左轮、右轮上均安装有所述电机和光电编码器，所述平衡块内安装有所述单片机、陀螺仪、角速度传感器、降压供电单元、电源模块、电机驱动单元以及所述无线接收模块，所述无线发射模块置于所述车体之外；所述降压供电单元连接所述单片机为其供电，所述单片机上连接有所述陀螺仪、角速度传感器、、无线接收模块、光电编码器和电机驱动单元，所述电源模块分别连接所述电机驱动单元和所述降压供电单元，所述电机分别与所述电机驱动单元和所述光电编码器连接。

进一步地，所述电源模块采用12V锂电池，所述降压供电单元选用型号7805的稳压芯片。

进一步地，所述单片机采用TM4C123GH6PM。

进一步地，所述无线接收模块和无线发射模块均采用NRF24L01单片无线收发器芯片。

进一步地，所述电机驱动单元采用BTS7960的智能功率芯片。

更进一步地，所述陀螺仪和角速度传感器选用型号为MPU6050的整合性器件。

更加进一步地，所述光电编码器选用电机自带光电编码器。

本实用新型的工作过程如下：基于无线控制的双轮自平衡小车通电后初始化，陀螺仪和角速度传感器实时将检测到的数据传送给单片机，单片机计算得到当前的倾斜角度和角速度；同时，光电编码器进行数据采集，反馈当前左、右两轮的实际速度给单片机，单片机运用控制算法将数据融合，然后通过电机驱动单元输出PWM信号，从而控制两电机的加速度，实现小车的稳定平衡。当基于无线控制的双轮自平衡小车自动通过控制算法达到稳定的自平衡状态后，小车上的无线接收模块实时接收由无线发射模块所发射的运动指令，将此运动指令传送给单片机，依据运动指令，单片机选择相应参数的增量式PID算法，将当前小车的倾斜角度、角速度、双轮速度等数据融合，通过电机驱动单元输出PWM信号，控制两电机相互配合，调整基于无线控制的双轮自平衡小车的姿态和速度，从而使小车快速，精确达到相应的运动状态。

本实用新型的有益效果：本实用新型的基于无线控制的双轮自平衡小车能自动通过控制算法达到稳定的自平衡状态，能通过无线接收模块接收无线发射模块的指令，使小车快速而精确的实现各种运动状态，包括平衡直立、前后变速变向行驶，可进行远距离的控制，而且体积小，结构简单，能在复杂环境中灵活工作。

附图说明

图1是本实用新型控制系统结构示意图；

图2是本实用新型车体结构示意图；

其中1、左轮，2、右轮，3、车轴，4、平衡块，5、无线接收模块，6、无线发射模块。

具体实施方式

通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本实用新型的特点和优点。所提供的实施例仅是对本实用新型方法的说明，而不以任何方式限制本实用新型揭示的其余内容。

实施例1、如图1、图2所示，一种基于无线控制的双轮自平衡小车，包括车体和控制系统，所述车体包括左轮、右轮、车轴和平衡块，所述左轮与右轮之间通过所述车轴相连接，所述平衡块置于车轴上，所述控制系统包括无线接收模块、无线发射模块、单片机、陀螺仪、角速度传感器、降压供电单元、电源模块、光电编码器、电机驱动单元和电机，所述左轮、右轮上均安装有所述电机和光电编码器，所述平衡块内安装有所述单片机、陀螺仪、角速度传感器、降压供电单元、电源模块、电机驱动单元以及所述无线接收模块，所述无线发射模块置于所述车体之外；所述降压供电单元连接所述单片机为其供电，所述单片机上连接有所述陀螺仪、角速度传感器、、无线接收模块、光电编码器和电机驱动单元，所述电源模块分别连接所述电机驱动单元和所述降压供电单元，所述电机分别与所述电机驱动单元和所述光电编码器连接。

电源模块采用12V锂电池，降压供电单元选用型号7805的稳压芯片，其输出电压将12V电压稳定于5V，为单片机供电。

单片机采用TM4C123GH6PM型号的单片机，作为核心控制器，接收到无线接收模块的指令后，运用增量式PID算法进行速度调整和方向控制，其中VCC端口输出电压为3.3V。

无线接收模块和无线发射模块均采用NRF24L01单片无线收发器芯片，其中无线接收模块与单片机VCC端口连接，由单片机输出的3.3V电压供电，无线发射模块发射数据后，无线接收模块进行接收，然后将数据传给单片机，执行相应的指令。

电机驱动单元采用BTS7960的智能功率芯片，与单片机相连，由单片机控制电机驱动单元来驱动电机带动双轮转动。

陀螺仪和角速度传感器选用型号为MPU6050的整合性器件，它与单片机VCC端口连接，由单片机输出的3.3V电压供电，陀螺仪和角速度传感器用来测取车体的xyz三个方向的角加速度和角速度，选取适当两个方向的角加速度进行反正弦变换计算出倾斜角度，即获得了基于无线控制的双轮自平衡小车的姿态。

光电编码器采用电机自带的光电编码器，与单片机TM4C123GH6PM的VCC端口连接，由单片机输出的3.3V电压供电，它通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换为脉冲量，传送给单片机，从而计算出小车左右两轮的转速。

其工作流程如下：基于无线控制的双轮自平衡小车通电后初始化，MPU6050型号的陀螺仪和角速度传感器整合性器件实时将检测到的数据传送给单片机，单片机计算得到当前的倾斜角度和角速度；同时，光电编码器进行数据采集，反馈当前左、右两轮的实际速度给单片机，TM4C123GH6PM型单片机运用控制算法将数据融合，然后通过采用BTS7960智能功率芯片的电机驱动单元输出PWM信号，从而控制两电机的加速度，实现小车的稳定平衡。当基于无线控制的双轮自平衡小车自动通过控制算法达到稳定的自平衡状态后，小车上的无线接收模块NRF24L01实时接收由无线发射模块所发射的运动指令，将此运动指令传送给单片机，依据运动指令，TM4C123GH6PM型单片机选择相应参数的增量式PID算法，将当前小车的倾斜角度、角速度、双轮速度等数据融合，通过电机驱动单元输出PWM信号，控制两电机相互配合，调整基于无线控制的双轮自平衡小车的姿态和速度，从而使小车快速，精确达到相应的运动状态。

本实用新型基于无线控制的双轮自平衡小车通过无线接收模块接收无线发射模块的指令，控制小车快速而精确的实现各种运动状态，包括平衡直立、前后变速变向行驶，可进行远距离的控制，由于其体积小，结构简单，所以能在复杂环境中灵活地工作。

Claims (7)

1.一种基于无线控制的双轮自平衡小车，包括车体和控制系统，所述车体包括左轮、右轮、车轴和平衡块，所述左轮与右轮之间通过所述车轴相连接，所述平衡块置于车轴上，其特征在于：所述控制系统包括无线接收模块、无线发射模块、单片机、陀螺仪、角速度传感器、降压供电单元、电源模块、光电编码器、电机驱动单元和电机，所述左轮、右轮上均安装有所述电机和光电编码器，所述平衡块内安装有所述单片机、陀螺仪、角速度传感器、降压供电单元、电源模块、电机驱动单元以及所述无线接收模块，所述无线发射模块置于所述车体之外；所述降压供电单元连接所述单片机为其供电，所述单片机上连接有所述陀螺仪、角速度传感器、无线接收模块、光电编码器和电机驱动单元，所述电源模块分别连接所述电机驱动单元和所述降压供电单元，所述电机分别与所述电机驱动单元和所述光电编码器连接。

2.根据权利要求1所述的基于无线控制的双轮自平衡小车，其特征在于：所述电源模块采用12V锂电池，所述降压供电单元选用型号7805的稳压芯片。

3.根据权利要求1所述的基于无线控制的双轮自平衡小车，其特征在于：所述单片机采用TM4C123GH6PM。

4.根据权利要求1所述的基于无线控制的双轮自平衡小车，其特征在于：所述无线接收模块和无线发射模块均采用NRF24L01单片无线收发器芯片。

5.根据权利要求1所述的基于无线控制的双轮自平衡小车，其特征在于：所述电机驱动单元采用BTS7960智能功率芯片。

6.根据权利要求1所述的基于无线控制的双轮自平衡小车，其特征在于：所述陀螺仪和角速度传感器选用型号为MPU6050的整合性器件。

7.根据权利要求1所述的基于无线控制的双轮自平衡小车，其特征在于：所述光电编码器选用电机自带光电编码器。