平衡车助教系统分析

侯立业 姜德财 魏强 耿欣 李姿 沈阳工学院信息学院

平衡车助教系统分析

侯立业 姜德财 魏强 耿欣 李姿 沈阳工学院信息学院

随着自然科学的发展，计算机已经成为各学科的使用工具；而用来信息采集的传感器更是前提。而在传统的课堂中，学生只能从书本上看到传感器，和实验平台上较老式的各类传感器；而平衡车助教系统是以现今市场上比较流行的两轮平衡车作为平台，将各类学科前沿的成果、各类新式传感器及相应校正控制电路与平衡车系统加以融合，实现用平衡车教学、平衡车辅助、平衡车与学科前沿传感器结合，实现学以致用的目的。

设计分析 卡尔曼滤波 加速度计 平衡车系统

平衡车系统，是现今流行的代步工具；同时也是一个典型的静不稳定系统。使用各类传感采集技术与各类滤波算法是使其稳定的关键；而这种自动控制理论的思想就与数据采集、传感器技术、电子技术、微机原理等课程有很大的相关性。在课堂上使用平衡车作为实验平台、作为训练平台来教学来把理论和实际结合是极好的。

1 助教系统的分析

1.1 多感官的智能传感器的应用

智能机器人是工业化智能化的体现，也是科学造福生活的例子。许多工厂、高级餐厅等已经使用无人搬运小车（AGV）来代替传统的人力。AGV机器人通过设定好的路线，做出人们设计出的相应行为动作。而随着工业化的发展，环境问题也是日益显现，如空气的湿度、温度、二氧化碳的置酸雨程度、可吸入颗粒物PM2．5等都与人们的生活息息相关，更是直接的影响了人们的健康。平衡车平台上的高精度多轴加速度计陀螺仪更是与民用飞行器相关。图像信息的采集并编码以数字化传输，DSP的数字处理等于前沿的传感器与生活的连接性很强，与之相关的传感器采集信号的滤波、平衡车系统自平衡控制的PID参数的整定、判断、设置、实验场地环境图像提取、场地中周边赛道形式的识别及小车转向的控制、角度闭环和速度闭环的相互之间协调等都值得分析。故一个多感官的智能助教平台是理论和实际结合的典型。以平衡车为基础的助教系统应此而生。将静不平衡系统与各类智能传感器相结合正是典型的应用。

1.2 平衡车系统与助教的融合

基于课堂上体感交互的助教理念和理论与实际相结合的例子，平衡车助教系统的操控和理论与实际印证是主要的设计点；平衡车的设计原理是利用平衡车内部的加速度计和电子陀螺仪传感器来检测自身是否达到平衡状态，为了加强平衡车系统的助教契合性更是在平衡车助教系统上加装上各类前沿的传感器来达到与课堂上的信息采集等理论结合的实际项目试验。车体的各类功能采用模块化设计，所以大大的提高了助教系统的实用性、灵活性、便捷性。除此之外，通过手机APP将历次的实验数据加以记录与控制可以让实验更具有宏观性。将自平衡车平台与人机体感交互传感器采集技术助教功能结合在一起，以课堂理论实践为核心，分析理论知识下的自平衡车创新设计方法，以构建自平衡车多层次多感官信息采集体感互动为设计目的。平衡车系统是当今流行的成熟实用系统，其系统的架构简单易学是课堂教学的生动例子；助教是辅助教学的手段也是理论学习之外的实践，如果助教的环节是成熟的典型的易于学习的相信对于课堂上的学生而言也是易于接受的。

2 结束语

文本根据现今高校课堂上助教的设备以及“理实结合”的理念，对当前平衡车发展的现状以及其相应的优点加以分析并将其与助教加以结合。在设计方面主要以课堂理论与项目实际的体统与学生的体感交互相结合，利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地驱动电机进行相应的调整，以保持系统的平衡。助教平衡车既有信息采集、传感器技术也有伺服电机的控制与驱动，控制系统的架构思想利用APP与终端设备加以通信并记录实验数据分析等；但在平衡车助教系统中，它的与学生之间的体感交互上、系统的易操作问题、用户的可用性上都还有待提高。综上，平衡车助教系统的前景很好，非常适合于教学辅助，值得推广。

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侯立业、姜德才、魏强：沈阳工学院信息与控制学院自动化专业、轨道交通信号控制专业、建筑电气与智能化专业学生，研究方向机器人技术；耿欣：（1981-），女，辽宁沈阳人，副教授，硕士研究生，研究方向机器人技术；李姿（通讯作者）：（1982-），女，辽宁沈阳人，讲师，硕士研究生，现从事电气工程及其自动化方向理论课程讲授。