Two-wheel Self-balancing Robot

This is a Two-wheel Self-balancing Robot powered by Arduino Mega 2560. Click here to watch the demo video!

Step 1: Build the Robot Body

1. 車身用壓克力板打造而成，並用銅柱將四層的壓克力板連接起來。

2. 馬達利用金屬L夾連接到壓克力板上

3. 最底層放L298N(馬達驅動電路)，中間兩層Arduino及電路板，上層放電池。注意，因平衡車是利用倒單擺的原理(上重下輕)，所以重物(如電池)放上層才較容易平衡

Step 2: Program Flow

這台平衡車最主要的sensor為MPU-6050，它是3軸陀螺儀+3軸加速度計。但其量測到的數值無法直接用來當作平衡的參數，還需經過互補濾波器處理後才能送到PID Controller進行平衡控制。

1. Complementary Filter (互補濾波器)

實際上，感測器各有其限制，當角度快速變化(高頻)時，陀螺儀取其角速度，這時候積分得到的角度比較準確，但這種快速變化會對加速規造成顯著的外力干擾，反而無法透過計算重力加速度的分量來計算角度；另一方面，在角度幾乎靜止(低頻)時，加速規能夠很好的計算角度，但陀螺儀的offset與漂移(drift)的問題，會隨著積分不斷的累積誤差，反而失去量測角度的功能。

互補濾波器便是利用這樣的特性，取高頻的陀螺儀訊號積分值，同時也感測低頻的加速規訊號，將兩者分別計算的角度以固定比例相加，如此可達到感測互補的作用，既抑制加速規的干擾，又可消除陀螺儀的積分誤差，更重要的是這個方法在程式碼中容易實現，並具有調整的彈性。

2. PID Controller

PID控制器的比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)分別對應目前誤差、過去累計誤差及未來誤差。若是不知道受控系統的特性，一般認為PID控制器是最適用的控制器[2]。藉由調整PID控制器的三個參數，可以調整控制系統，設法滿足設計需求。

Step 3: Arduino Programming

Please visit my GitHub harrysdc for the code.