东京电信大学教授山藤一雄教授是第一个提出类似两轮平衡车设计思想的人，时 间大约是 1987 年，经过几年的研究后于 1996 年通过了专利申请。后来陆续有基于此 理念的平衡车实物被研制出来，其中最经典的要数 Segway，如图 1-1 所示，它是美 国著名发明家 Dean Kamen 研制的，并于 2003 年 3 月正式在美国市场上市[2]。Segway 平衡原理思想来源是受到人保持平衡的启发，由平衡车内置的 5 个固态陀螺仪、倾斜传感器、高速微处理器和电动机以每秒 100 次的频率来测量车体姿态，传感器类似于 人的感觉器官，微处理器类似于人的大脑，电机类似于人的肌肉，传感器测出驾驶人 的重心，经过微处理器快速的运算，并且以极高频率来进行细微调整，使平衡车尽快 在地面上恢复平衡状态[3]。它的运动也与人保持平衡的本能反应相同，当人的一只脚往前踏出时，身体开始往前倾，人就需要将另一条腿也移向前来保持平衡，然后就形 成了走路的样子，左右脚交替往前或者后退，转向就是保持一条腿不动然后动用另一 条腿，平衡车也是如此，身体往前倾则说明需要向前运动，反之当身体后倾时则需要 后退，直立是平衡状态，转向则通过操纵杆来完成。适于平坦、拥挤的步行区，还可 轻松带出门使用，即便是爬坡也只需使用很小的力。78061

2002 年，一款类似于 Segway 的平衡车也被成功研制出来，不仅具有行走功能而 且基于无线控制，它是瑞士联邦工学院的 Aldo D’arrigo 等人努力的结果。除此之外， 美国著名发明家 Dean Kamen 还为残疾人研制了一种可登阶梯的轮椅，可以在倾斜一 定角度的情况下非常平稳地进行，还可以爬楼梯。日本也研制出一种办公室服务型机 器人，它是一个具有两轮式的倒立摆机器人。在保持自身平衡的基础之上，可以实现 自由行走，并且实现了与人对话的功能[1]。可见人们在平衡车基础上添加了别的模块 使得平衡车的功能更加丰富。论文网

国内对平衡车的研究起步较晚，但也取得了一些成功。2003 年，中国科学技术 大学的力学和机械工程系与自动化系的老师与学生一起合作并于 2003 年成功联合研 发出了自平衡两轮电动车，还申请了自主知识产权。西安电子科技大学也同样研制出 了自平衡两轮机器人，它采用的的自平衡系统是基于两轮式左右并行布置结构的。两 轮车的控制器使用了伺服放大器 ADS，支撑整个系统的执行元器件是两个 Maxson 电 机，另外它还使用了自适应神经模糊控制器对小车这一非线性对象进行大范围控制， 达到实现系统的自平衡的目的[4]。2005 年，哈尔滨工业大学也研制出了一个类似于两

轮自平衡机器人的样机。它依靠的是陀螺仪来检测车体的姿态，然后通过电动机来驱 动车轮的运行实现整个车身的行走[5]。