EduBal|让两轮小机器人自己站稳

轻轻扰动后恢复平衡,把控制理论变成看得见的动作

RWTH Aachen与ETH Zurich公开的双轮自平衡教学平台。按原CAD、三块电路板和Simulink模型复现,先验证姿态测量、轮速与停机逻辑,再尝试闭环平衡。适合有焊接和控制基础的进阶用户;需要付费MATLAB工具链。

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参数信息

教学设备数量
28 台

复现文档

核对原BOM、软件许可证和CAD格式

先确认能合法使用MATLAB R2019a、Simulink、Embedded Coder及C2000支持工具,再按原BOM采购。硬件约€200是2020论文价格,未含今日单件打样、税运及许可证。CATIA总装、三块PCB和线束是必要制作项,不要只买电机和开发板。

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![guide-1.jpg](https://orecord-files.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/sbp/projects/36b21bc0-7b2f-4ed8-a565-b779789892be/files/image/223393793b7445ec9cd82fb7803d0e70.jpg)

从CATIA总装导出PLA结构件

打开Final_assembly.CATProduct,区分自制底盘、电池支架、支撑和电路架与仅作参考的采购件模型。按总装实例核对数量、配合和嵌件位置后导出制造格式。本站未生成经过验证的STL和打印参数,不能直接跳过这一步。

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![guide-2.jpg](https://orecord-files.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/sbp/projects/36b21bc0-7b2f-4ed8-a565-b779789892be/files/image/51c6ffc5d57c420294127d4d71af4cdd.jpg)

制作三块PCB并逐项贴装

PowerSupply、MotorDriver和MainBoard各1块,采用原.brd/.sch生成制造数据。按本页分组BOM与原理图核对料号、封装和极性;电源芯片与DRV8842的散热焊盘按厂商要求加工。贴装完成检查虚焊、短路和排针方向。

![guide-2.jpg](https://orecord-files.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/sbp/projects/36b21bc0-7b2f-4ed8-a565-b779789892be/files/image/51c6ffc5d57c420294127d4d71af4cdd.jpg)

单独验收电源板和保护器件

不接主控和电机先检查保险丝、开关、电池接头及电源输出。原设计从9.9V LiFePO4产生3.3V与12V,电压与极性正确后再逐块接入。保留5A保险丝,线束绝缘与应力释放到位,不用3S LiPo冒充原电池。

![guide-2.jpg](https://orecord-files.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/sbp/projects/36b21bc0-7b2f-4ed8-a565-b779789892be/files/image/51c6ffc5d57c420294127d4d71af4cdd.jpg)

安装两台电机、轮毂和车轮

按CAD安装两台30:1带64CPR编码器的37D电机,使用原M3螺丝与垫片。两个6mm轮毂和两个80×10mm车轮分别固定,#4-40螺丝不能混成公制M3;确认两轮转动顺畅且同轴。原采购2只装只买一包即可满足两只。

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堆叠电路板、固定电池与缓冲垫

按原CAD和排针方向连接TI LaunchPad与三块板,用M3长螺丝、螺母及嵌件固定,板间不接触短路。电池位置影响重心,保持原电池支架位置;装两枚缓冲垫保护倾倒时的板卡。固定线束,远离轮胎。

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![guide-2.jpg](https://orecord-files.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/sbp/projects/36b21bc0-7b2f-4ed8-a565-b779789892be/files/image/51c6ffc5d57c420294127d4d71af4cdd.jpg)

建立原版工具链并运行离线仿真

打开EduBalEmbedded.prj,核对模型配置里的路径、编译器与目标F28069M。先运行02_Simulation或07_Exercises中的原示例仿真,观察角度和轮位移。编译失败先解决工具链,不通过删除保护模块来换取编译成功。

![paper-p5-0.png](https://orecord-files.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/sbp/projects/36b21bc0-7b2f-4ed8-a565-b779789892be/files/image/5a965bf77ce04317a8ddabd32e22c832.png)

校准IMU并核对编码器方向

先禁用电机输出,执行原03_Identification中的IMU校准。保持静止检查零偏,再缓慢倾斜机身检查角度正负;手转左右轮检查编码器计数方向与比例。硬件接口图为原库示意,接线仍以原理图为准。

![imu.png](https://orecord-files.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/sbp/projects/36b21bc0-7b2f-4ed8-a565-b779789892be/files/image/65ce393177e948ef9949e9e33e508c22.png)

![wheel.png](https://orecord-files.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/sbp/projects/36b21bc0-7b2f-4ed8-a565-b779789892be/files/image/58e108d0b46046ce8259e94735a1230f.png)

架空轮子辨识电机并部署主模型

车体稳定支撑、两轮离地,先用原低层电机辨识示例检查两轮方向和速度反馈。确认反馈符号后再进入04_MainModel/MainModel.slx;使用自己的硬件测量参数,不能机械照抄论文增益。通过原USB链路部署并用External mode观察。

![motor.jpg](https://orecord-files.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/sbp/projects/36b21bc0-7b2f-4ed8-a565-b779789892be/files/image/edc522dbbe0b4d2c96f179b7b273f490.jpg)

![paper-p5-0.png](https://orecord-files.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/sbp/projects/36b21bc0-7b2f-4ed8-a565-b779789892be/files/image/5a965bf77ce04317a8ddabd32e22c832.png)

确认三类保护,再测试闭环

保留低电压监测、角度越界禁用电机、拿起/轮滑检测。论文原角度范围−30°到40°,具体模型要核对版本;这些是运行中软件保护,不替代物理断电。传感方向未确认、失联或异常加速时立即断电。

![guide-3.jpg](https://orecord-files.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/sbp/projects/36b21bc0-7b2f-4ed8-a565-b779789892be/files/image/a0f5f89f95ae4831a95ddda600eeba3d.jpg)

在平整有边界区域完成平衡验收

从有支撑的姿态逐渐进入地面测试,保持开关可触及。原结构平衡角约10.5°来自重心偏置,不一定外观完全竖直。记录稳定时长、姿态曲线、轮速、扰动后恢复和停机响应。本页未实机测试,不承诺无需调参即可站稳。

![front.jpg](https://orecord-files.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/sbp/projects/36b21bc0-7b2f-4ed8-a565-b779789892be/files/image/6c6b8ad7abd94e048e7bc59c18e4d2f7.jpg)

![guide-3.jpg](https://orecord-files.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/sbp/projects/36b21bc0-7b2f-4ed8-a565-b779789892be/files/image/a0f5f89f95ae4831a95ddda600eeba3d.jpg)

保存可复查的版本和结果

整理采购差异、CAD导出版本、PCB制造文件、固件commit、校准参数及一段实际平衡录像。另一张论文实拍包含作者额外视觉模块,该模块不在本页基础BOM,不能作为默认交付。

![paper-p6-0.png](https://orecord-files.oss-cn-zhangjiakou.aliyuncs.com/sbp/projects/36b21bc0-7b2f-4ed8-a565-b779789892be/files/image/1bb79de871594002a0661826d8514446.png)