自己做輛平衡車（上）

平衡車是現在市面上比較熱銷的一種科技產品，受到很多青少年的喜愛。但出于安全方面的考慮，平衡車的出行還是受到了諸多限制。此外，一輛平衡車價格不菲，大多數青少年難以承受。本期我們就來制作一輛簡單的平衡車，它雖不能真正用來駕行，但依然可以讓你體驗到玩平衡車的樂趣。

基 本 原 理

平衡車能夠實現自主平衡，主要是運用了倒立擺的控制原理。

倒立擺，如上圖所示，支撐的細桿位于擺的下方，而小球位于其頂端。倒立擺在自然狀態下是不穩定的，無法保持平衡，必須施加外力，從外部進行控制，才能確保擺不會倒下。

比如，若細桿頂端的小球往左側傾斜（見藍色箭頭），則需要把下方的小車也往左側移動（見紅色箭頭），這相當于給細桿的底端施加一個向左的力，能讓擺重回豎直。

平衡車就是通過不斷地改變小車的運動方向，使小車的車身在豎直方向上保持一個動態平衡。

市面上的平衡車都采用了這種原理，只是它們的平衡調節更加精密，小車運動控制得很迅速也很細微，站在車上不會明顯感覺出來。

對于平衡車車身后仰或者前傾的趨勢，控制系統必須及時進行糾正。但糾正太早了可能使車子運動過快，變成相反姿態而失去控制；糾正太晚了可能已經錯過時機，無法恢復平衡，最后導致車子傾倒。要確知什么時刻糾正才恰當，就需要借助一個姿態反饋機構，及時改變車輪的運動狀態。

我們制作的平衡車為雙輪結構，這里使用限位開關作為機械傳感器用于反饋平衡車的姿態。……