自己做辆平衡车（上）

平衡车是现在市面上比较热销的一种科技产品，受到很多青少年的喜爱。但出于安全方面的考虑，平衡车的出行还是受到了诸多限制。此外，一辆平衡车价格不菲，大多数青少年难以承受。本期我们就来制作一辆简单的平衡车，它虽不能真正用来驾行，但依然可以让你体验到玩平衡车的乐趣。

基 本 原 理

平衡车能够实现自主平衡，主要是运用了倒立摆的控制原理。

倒立摆，如上图所示，支撑的细杆位于摆的下方，而小球位于其顶端。倒立摆在自然状态下是不稳定的，无法保持平衡，必须施加外力，从外部进行控制，才能确保摆不会倒下。

比如，若细杆顶端的小球往左侧倾斜（见蓝色箭头），则需要把下方的小车也往左侧移动（见红色箭头），这相当于给细杆的底端施加一个向左的力，能让摆重回竖直。

平衡车就是通过不断地改变小车的运动方向，使小车的车身在竖直方向上保持一个动态平衡。

市面上的平衡车都采用了这种原理，只是它们的平衡调节更加精密，小车运动控制得很迅速也很细微，站在车上不会明显感觉出来。

对于平衡车车身后仰或者前倾的趋势，控制系统必须及时进行纠正。但纠正太早了可能使车子运动过快，变成相反姿态而失去控制；纠正太晚了可能已经错过时机，无法恢复平衡，最后导致车子倾倒。要确知什么时刻纠正才恰当，就需要借助一个姿态反馈机构，及时改变车轮的运动状态。

我们制作的平衡车为双轮结构，这里使用限位开关作为机械传感器用于反馈平衡车的姿态。……