記得這個東西是PCB哥在很小的時候見過的可以說是當時「最神奇」的玩具了，它的名字叫做「平衡鷹」，現在看來它所蘊含的也並沒有什麼高深的科技。
要說科技，今天我們要說的，才是真正的科技。它是蘇黎世聯邦理工學院的研究團隊製作出的一個正方體機器盒子 - Cubli，可以實現各種高難度的自平衡動作。Cubli內置了三個不同維度的轉輪，配合電機和電池作為運動和供電系統，配備六個傳感器分布在Cubli的六個平面上，所有的控制均由內部的微處理器完成，整機尺寸只有15cm x 15cm x 15cm。
有曾經見過這個盒子的，也有沒見過的，現在我們都來詳細地了解一下這個盒子的神奇之處，有請視頻君...
PS：Cubli是英語單詞Cube和瑞典、德語的小詞li的結合體，指物品的外形小巧。
視頻中的Cubli之所以能夠實現各種高難度的平衡狀態，都源於它有著複雜的內部結構和精準的形態控制系統。
它的核心部件主要包括三個維度的轉輪（上圖中黃色部分），每個輪子連接著一個無刷直流電機（綠色部分），運動控制器（藍色部分）、慣性傳感器（紅色部分），還有內置的處理器和電池（青色部分），當然，Cubli的還有一個重要的靈魂 - 算法！
內置的慣性傳感器的作用是測量Cubli當前的速度方向的傾角，整套共六個傳感器為三維度的轉輪提供角速度數據並將這些實時數據傳給運動控制器，非線性的運動控制器通過這些測量值控制三維度轉輪進行精準的轉動，便可以讓Cubli在一個頂點上平衡。
如果你覺得這樣三個維度一起說很複雜，那麼我們就來說一個維度上的平衡是如何實現的，我們看下面的動圖，電機連接轉輪，當有外界作用力施加在外框的時候，角速度傳感器監測到這個動作的變化，角速度傳感器將測量數據傳給運動控制器控制電機帶動轉輪轉動，用轉輪對機身的反作用力來「抵消」這個外部的作用力，從而實現了機器的平衡。
不過需要單獨說明的是，這種利用反作用扭力的方法常常被用來平衡衛星和調整衛星姿態，Cubli也是用的類似的方法，但是由於重力的影響，Cubli所採用的算法就要複雜得多了。
上面的工作流程讓我們了解了Cubli是如何工作的，下面我們來看看它到底有哪些本事。
1、Cubli能夠對抗外界作用力的影響，從而實現在不同運動姿態下保持頂點的平衡。
2、它也可以平衡在一條側邊上。
3、這一切的姿態調整，都是可以自主完成的，原因是轉輪可以在高角速度下旋轉，這樣就會產生足夠的角動量。通過轉輪的快速剎車裝置可以將角動量傳導到Cubli的機身，這就可以實現Cubli能夠從靜止位置在沒有任何輔助作用力的情況下，自主調整到平衡位置。
Cubli自主實現頂點平衡是通過兩個起跳動作實現的：第一個動作是讓Cubli從一面上抬起，使其在一條邊上平衡，第二個動作讓它從這條邊上抬起來，平衡在某一頂點上。
4、除了自平衡的能力以外，電機的扭矩也可被用來完成受控的傾倒動作，也就是說，Cubli可以按照控制的方向傾倒，將這三種功能結合起來，起跳、平衡和受控的傾倒，Cubli也就擁有了自主行走的能力。
好了，我們已經初步了解了Cubli的各個核心部件的工作流程和它所具備的一些基礎能力，下面我們來了解一下它的技術難點：
Cubli在理論上是一個二階的倒立擺，但這個倒立擺對模型的精度要求非常高。而且，Cubli對控制的響應要求也非常苛刻，只用角度和角速度和無動力學模型的PID控制是無法讓Cubli實現穩定的姿態的。所以，Cubli在狀態空間設計時就是多輸入單輸出系統，因為如果反饋不全的話，整個系統就很可能是不可控的。光是讓Cubli立起來，就涉及了系統與控制的五個難點：機電一體化設計，動力學分析，狀態空間識別，狀態空間估計和控制器的設計與實現。
所以，令我們沮喪的說：這麼高科技的東西，看來對於我們愛好者來說，可能也只有看看的份了...
角動量守恆定律
(law of conservation of angular momentum)
物理學的普遍定律之一。反映質點和質點系圍繞一點或一軸運動的普遍規律。如果合外力矩零(即M外=0),則L1=L2，即L=常矢量。這就是說,對一固定點o,質點所受的合外力矩為零,則此質點的角動量矢量保持不變。這一結論叫做質點角動量守恆定律。
它反映不受外力作用或所受諸外力對某定點（或定軸）的合力矩始終等於零的質點和質點系圍繞該點（或軸）運動的普遍規律。例如一個在有心力場中運動的質點，始終受到一個通過力心的有心力作用，因有心力對力心的力矩為零，所以根據角動量定理，該質點對力心的角動量守恆。