图9为陀螺仪传感器获得的数据的框图。虽然陀螺传感器提供了三个坐标轴数据，两轴数据被使用，因为较低的传感器的分辨率偏航角数据是不可靠的。
整体控制的硬件结构被构造如图10所示。一个DSP芯片作为主控制器管理传感器信号处理，控制算法的计算，和生成电机驱动器的PWM。陀螺仪传感器是用于测量轮子的俯仰角与偏航角，倾斜传感器是用来测量飞轮的侧倾角度的。 操纵杆可以命令所需的信号通过无线远程通信传到GYROBO，如图5和10所示所需的旋转速度是u?，所需的驱动速度是ud。
七、 实验研究
(一) 只通过侧倾角度控制平衡
首先，一个平衡控制任务已经通过测试如图11所示。采样时间被设定为20毫秒。四杆安装在左右手侧，以当它落在倒在地上时保护系统。单轮机器人在一个接触点的平衡控制比正在向前推进时进行平衡控制更加困难。在该实验中，只控制一个滚转角。在开始时，GYROBO似乎使平衡控制在0.2度的范围内，但后8秒变为不稳定，如图12（a）所示。我们注意到的飞轮的倾斜角沿一个方向不
断增加的，以最小化侧倾角，如 12（b）所示。 8秒后GYROBO不稳定的原因是侧倾角不能够超过某一固定角度，这是由于机械限制所造成的，比如布线结构和外壳结构。
因此，倾斜角单方向增长的趋势导致不稳定的平衡性能。为了使俯仰角收敛到零来达到稳定平衡，倾斜角不应发散，但保持在零附近。因为飞轮旋转和驱动控制被认为是开环控制，倾斜飞轮对闭环结构的系统是唯一的控制输入。
(二) 用俯仰角和偏航角平衡控制
为了解决这个倾斜问题，添加了偏航角控制回路如图5控制框图所示。表4列出了俯仰角和偏航角控制的PD控制器增益。PD控制增益由实验试验和试错过程选定以达到更好的性能。偏航控制的增益设定为零，因为从3轴陀螺仪传感器检测到的偏航角角度数据是如此嘈杂以致无法使用。对侧倾角的控制输入是
这里Kp?，Kd?，Kp?，Kd?是PD控制器的增益。moffset是电机的偏移量，
uoffset是增益调节值。
加入偏航角控制回路后，平衡性能大大改善如图13。比较（4），（5）与（8），两个额外的术语被添加到（8）中。电机的偏移值是处理电机特性曲线中的死区。表5中列出的增益调度值用于指定范围，因为GYROBO的飞轮不能在一个倾斜方向一直倾斜，这是由于旋转电机与系统主体的配线连接所致。对于倾斜角度的不同范围的增益值是从许多严格的实验根据经验发现的。在建筑物内的地板上测试已经完成了。从0到12 S中的平衡控制任务中已经取得了图片。虽然在偏航角方向有小的振荡运动，GYROBO保持平衡良好。
(三) 直线更随控制
接下来的实验是GYROBO在室内沿着直线轨道运动。通过无线传输操作者指定直线轨迹。首先，操作员手持GYROBO使其平衡如图14所示.
释放后，由于车轮在地板上的滑移，GYROBO试图通过向右手侧倾斜一点以平衡自己。然后GYROBO按照命令前进。图15证明了跟踪直线轨迹的控制。该GYROBO的速度约为0.25米/秒，这被认为是一个慢运动。
前进和后退的另一个测试被执行。最初，GYROBO保持平衡，并开始前进，然后是返回。图16显示了实际运动的视频截图。图16（a-d）显示前进运动及（e）（f）显示返回运动。向前和向后的运动过程中相应的倾斜角度被绘制在图17中。
(四) 弧形轨迹驱动控制
接下来的实验是沿着建筑物中弯曲的轨迹运动。弯曲的轨迹由操作者远程给定。给予GYROBO所需的转弯命令使其在图18中所示的窄的空间转弯。图18真实显示了在左方向转动180度。在开始部分，GYROBO试图平衡一段时间，然