一、文献综述
- 国内外研究现状
对两轮自平衡机器人的相关研究始于20世纪80年代。日本东京电信大学自动化系的山藤一雄教授提出了类似的设计理念。他于1987年申请了一项技术专利，1996年在日本通过了一项专利申请。
1995，美国著名发明家迪安bull;卡门开始开发Segway。直到2001年12月，才宣布了这项高度机密的新发明。它于2003年3月正式在美国市场上市。Segway独特的动态稳定技术与人体的平衡能力相似。五个廉价的固态陀螺仪、倾斜传感器、高速微处理器和电动机每秒检测车身姿态100次，测量驾驶员的重心，立即完成计算，并以每秒20000次的频率微调它，而不管怎样状态和电动机。地形可以自动平衡。目前，Segway主要有三条生产线：HT、XT和GT。然而，早期出现的Segway HT，可以根据不同的需求进一步划分为几个具有不同大小、输出和使用的系列。[1]
美国南卫理公会大学的David P.Anderson独立设计的双轮移动机器人 nBot，被评为NASArsquo;s “Cool Robot of the Week”。机器人体积大，结构复杂。它的主要设计思想是驱动轮子朝倾斜机器人上部的方向移动，并保持它在重心位置，这样机器人就能保持平衡。机器人使用两种传感器进行反馈控制。倾斜传感器测量重心的倾斜。每个轮子都装有一个编码器来获取机器人的位置信息。机器人采用模糊控制方法，可以实现平衡，但不能恢复到直立位置。[2]
西澳大利亚大学还在2003年设计了一款自平衡双轮车，研究基于卡尔曼滤波的传感器信息融合，该融合使用LQR控制和极点配置来实现小车的平衡控制。[3]
2004日本左右开始对两轮自平衡机器人进行商业研究。原设计类似于美国Segway，但在2005年它拥有自己的新产品SegwayPMP-2，其外形和大部分零件进行了重大修改。然而，大多数专家认为，这些变化已经使Segway的产品性能更差，可以达到平衡，但它不能回到其直立状态。[4]
从那时起，许多外国机器人爱好者也开始了他们对两轮自平衡机器人的研究，并在互联网上公布了他们的研究成果。因此，许多类似的机器人出现在互联网上，如乐高自平衡机器人和自平衡滑板车，所有这些都实现了平衡控制。
国内对两轮自平衡机器人的研究起步较晚。
2002年河南科技大学机电工程研究所加入洛阳北方企业集团有限公司，解决关键问题并开发该项目。第一个原型于2003年7月生产。它由高性能微处理器、姿态传感器、智能软件等组成控制系统，实现汽车行走控制的平衡。随后，行走平衡控制实验验证了控制系统和控制策略设计的合理性和有效性。该项目在双轮行走平衡控制技术方面处于国内领先水平。[5-6]
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