反作用輪&自平衡

這裡提到的反作用輪(Reaction Wheel)是一種有趣的話題，有立陶宛的高手利用這種原理做了許多自平衡的機構，以前逛網是看過日本人做的（正方體靠一個角平衡站立），這種作品很吸引人，所以努力的研究了一下，找了許多資料…終於有了一點頭緒～

Reaction Wheel

學一個東西總是要知道一下來龍去脈，拜google所賜可以搜到很多相關知識，反作用輪就是一個旋轉的巨大輪子，可以儲存動能。有時也稱為慣性電池， 詳細的解說可以參考Wikipedia 

它的發明主要用於控制衛星在太空中的方向，在不使用推進器的情況下控制衛星的姿態，運用角動量守衡的原理，當輪子轉動時產生一定比例的反作用力於航空器上，達到轉動方向的目的

這個話題牽涉的學問實在深奧，太多動力學的原理實在搞不懂，又是角動量又是靜動力的…我們並沒有要研究航太科技，只是想運用這個原理來實作一下物體的傾斜穩定，使用Arduino加上mpu-6050及電機來弄，簡單地說就是讓Arduino一直取得mpu-6050的數值，知道自己傾斜了就驅動電機帶動輪子轉動，利用反作用力來平衡。

Reaction Wheel獨腳平衡測試 

使用Arduino nano v3來當主控板，馬達使用Nidec24H404H (這是一顆自己編碼器的無刷馬達)，一開始很難想像這東西就這樣站著了，靠的是這個馬達一下正轉一下反轉，有時取得中間值的時候，馬達呈現愛轉不轉的…讓我想起小時候騎腳踏車喜歡展現不動不倒的技術

參考資料

關於自平衡小車

這幾年陸續看到這種二個輪子平衡的專案，對於為什麼可以這樣子站著感到很有興趣，所以就要花時間去研究是怎樣達成的，原則上是一種微調的能力，車子知道自己開始傾倒便做出一些反應來反制，而這個反制的動作又要恰到好處，這就是「控制」，其實在日常生活中，我們也常遇到的，比如騎腳踏在紅燈時，我們可以在車上藉由東扭西扭的在不前進的狀況下保持車子不倒下～

jjrobot-B-Robot_V1.1自平衡車

這是我幾年前買的套件組裝的二輪平衡車（前陣子被我玩壞了），使用二顆步進馬達做為動力

https://www.jjrobots.com/much-more-than-a-self-balancing-robot/


Qbit平衡小車

這是幻爾科技出品的Qbit平衡小車，可以使用Micro:bit當控制主板，事實上Micro:bit並不負責二輪平衡的運算，是這部車的底盤晶片內建的…電機使用二顆含編碼器的n20，原則上它的訴求是偏向小孩子用Makecode來編程控制機器人(感測器、前進後退…)，平衡這事則是硬體直接做好

https://www.hiwonder.com/product-detail/Qbit.html?cate=4


自動控制系統

控制系統（control system）是指用控制迴路管理及控制另一個裝置或是系統的系統。控制系統可以小到家中用自動調溫器實現的溫度控制器，也可以大到控制製程或是機器的大型工業控制系統。 

維基百科：zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%8E%A7%E5%88%B6%E7%B3%BB%E7%B5%B1 

幾百年來，科學家們充分揭示了能量、質量、效率、運動之間的關係，並把它們準確概括為一個個美妙的公式。 其中，有一門學科就是自動調節，更多的人說是自動控制 ，自動調節，又稱自動控制，如今已經涵蓋了社會生活的方方面面，在工程控制領域屬於應用最普遍的範疇之一，在生物、電子、機械、軍事等各個領域，甚至連政治經濟領域，似乎也隱隱存在著自動控制的原理。 

瓦特的蒸氣機

公認的自動調節機構的誕生，應該是瓦特的蒸汽機轉速調節機構（左圖）。蒸汽機的輸出軸通過幾個傳動部分，最終連接著兩個小球，連接小球的棍子的另一端固定。蒸汽機轉動的時候，傳動部分帶動兩個小球旋轉，小球因為離心力的原因張開，小球連桿帶動裝置控制放汽閥。如果轉速過快，小球張開就大，放汽閥就開大，進汽減少，轉速就降低。 

(資料取自網路：知乎）

關於PID

PID控制器的三個最基本的參數：kP,kI,kD 的作用

PID已經有107年的歷史了 ，大家一定都看過PID的實際應用。例如四軸飛行器，再例如平衡小車......還有汽車的定速巡航、3D列印機上的溫度控制器.... ，PID，就是“比例（proportional）、積分（integral）、微分（derivative）”，是一種控制演算法，需要將某一個物理量「保持穩定」的場合（例如維持平衡，穩定溫度、轉速等），PID都會派上大用場。 

圖文：www.jishulink.com/post/1867141 

這是一門很奇妙的知識，只要上網搜一下PID自動控制，就可以找到很多說明，公認的自動調節機構的誕生，應該是瓦特的蒸汽機轉速調節機構。蒸汽機的輸出軸通過幾個傳動部分，最終連接兩個小球，連接小球的棍子的另一端固定。蒸氣機轉動的時候，傳動部分帶動兩個小球旋轉，小球因為離心力的原因張開，小球連桿帶動裝置控制放汽閥。如果轉速太快，小球張開就大，放汽閥就開大，進汽減少，轉速就降低。雖然沒有任何電子元件，但它確確實實就是一個自動調節系統。雖然沒有資料顯示它如何調節參數，可是可以想像影響調節參數的因素 … 

zhuanlan.zhihu.com/p/90632377