1.一種水上自平衡車，其特征在于，包括方向桿(201)、踏板(205)、控制盒(203)、電池(204)、舵機(jī)(206)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)(207)和螺旋槳(208)；其中：
所述方向桿(201)的一端通過軸承與踏板連接，方向桿(201)轉(zhuǎn)動(dòng)具有摩擦力小和自動(dòng)回零的特性；在軸承與踏板連接處裝有霍爾傳感器(202)，霍爾傳感器(202)輸出和控制盒相連，用于檢測(cè)方向桿的擺角并輸出擺角信息到控制盒(203)；方向桿(201)另一端為手持部，用于左右擺動(dòng)調(diào)節(jié)方向；
所述踏板(205)是平衡車的骨架，用輕而堅(jiān)固的材料制成，用于承載人員和安裝包括控制盒、方向桿、舵機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電池在內(nèi)的部件，踏板(205)設(shè)有重力傳感器，用于檢測(cè)踏板上物體的重量；重力傳感器接控制盒里面的控制模塊，用于傳送重量數(shù)據(jù)；
所述電池(204)安裝在踏板的底部或側(cè)部，用于給本平衡車提供電能，該電池為可充式并設(shè)有充電接口；
所述舵機(jī)(206)包括左舵機(jī)和右舵機(jī)，對(duì)稱于方向桿(201)，固定在所述踏板底面；左右舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸可分別實(shí)現(xiàn)一定角度的旋轉(zhuǎn)，左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別固定在左右舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，可隨舵機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸向方向與踏板表面法向量的夾角；從而改變螺旋槳推力方向；
所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)(207)包括左驅(qū)動(dòng)電機(jī)和右驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述螺旋槳(208)包括左螺旋槳和右螺旋槳，分別固定在左、右驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上；左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)及左右螺旋槳分別構(gòu)成左、右兩套推力系統(tǒng)，對(duì)稱于方向桿(201)固定在所述踏板底面；驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軸向與踏板表面法向量的夾角分別隨其對(duì)應(yīng)的舵機(jī)的輸出角而變化，所述踏板表面法向量為平衡車平置在水面上時(shí)，垂直于踏板表面向上的方向；
所述控制盒(203)包括控制模塊(210)、傳感器模塊(209)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(211)；所述控制盒(203)安裝在踏板的下方，固定在踏板的表面；所述傳感器模塊包括三維加速度傳感器和三維陀螺儀傳感器；所述三維加速度傳感器用于檢測(cè)平衡車速度，三維陀螺儀傳感器用于檢測(cè)平衡車的姿態(tài)，包括傾角、加速度和偏航角；所述傳感器模塊所采集到的數(shù)據(jù)均傳輸?shù)娇刂颇K(210)，控制模塊(210)接收到三維陀螺儀傳感器數(shù)據(jù)和加速度傳感器數(shù)據(jù)，先經(jīng)過濾波算法得到姿態(tài)信息，再通過控制算法計(jì)算出當(dāng)前的控制量，包括電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向和舵機(jī)的轉(zhuǎn)角，將控制量傳輸?shù)诫姍C(jī)驅(qū)動(dòng)模塊上；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)在控制盒內(nèi)，用于根據(jù)獲得的控制量控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)(206)的轉(zhuǎn)速和舵機(jī)(207)的轉(zhuǎn)角，從而保持整個(gè)平衡車的運(yùn)動(dòng)和平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水上自平衡車，其特征在于：
工作時(shí)，平衡車啟動(dòng)后，舵機(jī)的初始轉(zhuǎn)角為0度，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軸向與平衡車踏板表面的法向量平行，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)的推力的初始方向垂直向上，以抵消平衡車自身的重力，達(dá)到平衡；傳感器模塊將采集到的陀螺儀的數(shù)據(jù)和加速度計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂颇K中，控制模塊計(jì)算出平衡車當(dāng)前的姿態(tài)和速度，并通過控制算法得到當(dāng)前的控制量包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和舵機(jī)的轉(zhuǎn)角，再將控制量傳輸?shù)诫姍C(jī)驅(qū)動(dòng)模塊上，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)接收到的控制量，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)和舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳產(chǎn)生的推力與平衡車整體的重力相平衡；
當(dāng)車前傾，則控制舵機(jī)正轉(zhuǎn)一定角度(假定平衡車向右傾為前傾，向左傾為后傾，則當(dāng)舵機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn))，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軸向方向與踏板表面法向量夾角變成正角度(假定平衡車向右傾為前傾，向左傾為后傾，則當(dāng)電機(jī)的軸向方向在踏板表面法向量的右邊則為正角度，反之為負(fù)角度)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度加快，這樣車體就會(huì)反向往后擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)前傾糾正；若當(dāng)車后傾，則控制舵機(jī)反轉(zhuǎn)一定角度，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軸向方向與踏板表面法向量夾角變成負(fù)角度，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度加快，這樣車體就會(huì)反向向前擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)后傾糾正，通過不斷地調(diào)整，最后車體保存直立狀態(tài)；
當(dāng)人在車上，踏板上的重力傳感器可檢測(cè)到人體的重量，重量信息傳輸?shù)娇刂破髂K中，控制器模塊可計(jì)算出驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加量，并傳輸?shù)诫姍C(jī)驅(qū)動(dòng)模塊上；當(dāng)身體向前傾的時(shí)候，舵機(jī)正轉(zhuǎn)一定角度，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軸向方向與踏板表面法向量夾角變成正角度，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度加快，車便會(huì)向前運(yùn)動(dòng)；當(dāng)人在車上，身體向后傾的時(shí)候，舵機(jī)反轉(zhuǎn)一定角度，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軸向方向與踏板表面法向量夾角變成負(fù)角度，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度加快，車便會(huì)向后運(yùn)動(dòng)；
當(dāng)左、右擺動(dòng)方向桿的時(shí)候，霍爾傳感器將檢測(cè)到的擺角信息發(fā)送到控制盒里面的控制模塊中，控制模塊通過控制算法計(jì)算出控制量并傳輸?shù)蕉鏅C(jī)上，舵機(jī)改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)與踏板表面法向量的夾角，從而改變螺旋槳推力的方向，從而實(shí)現(xiàn)了車整體向左、右轉(zhuǎn)；如當(dāng)方向桿向左擺動(dòng)方向桿的時(shí)候，左邊舵機(jī)反轉(zhuǎn)一定角度，右邊舵機(jī)正轉(zhuǎn)一定角度，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度加快，這樣便可以實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)；如當(dāng)方向桿向右擺動(dòng)方向桿的時(shí)候，左邊舵機(jī)正轉(zhuǎn)一定角度，右邊舵機(jī)反轉(zhuǎn)一定角度，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度加快，這樣便可以實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)；通過不斷調(diào)整舵機(jī)輸出角，改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸與鉛垂線角度的，從而能夠?qū)崿F(xiàn)水上自平衡車的直立、前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎功能。
3.如權(quán)利要求1或2所述的水上自平衡車，其特征在于，所述所有部件都具有防水功能。
4.如權(quán)利要求1或2所述的水上自平衡車，其特征在于，所述控制盒可以控制所述平衡車在水面的附近上下浮動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的水上自平衡車，其特征在于，所述傳感器模塊還包括溫度傳感器，其輸出與控制模塊(210)相連，用于檢測(cè)溫度并將溫度數(shù)據(jù)送至控制模塊(210)，以補(bǔ)償三維加速度傳感器和三維陀螺儀傳感器的溫漂。
6.如權(quán)利要求1或2所述的水上自平衡車，其特征在于，所述濾波算法包括卡爾曼濾波算法、互補(bǔ)濾波算法和低通濾波算法。
7.如權(quán)利要求1或2所述的水上自平衡車，其特征在于，所述控制算法包括雙閉環(huán)PID算法、預(yù)測(cè)控制算法和LQR控制算法。