人機互動體感車的製作方法

2023-05-21 00:10:56 2

本實用新型涉及一種電動平衡車，具體涉及一種人機互動體感車。

背景技術：

人機互動體感車，又叫電動平衡車、思維車，其運作原理主要是建立在一種被稱為「動態穩定」的基本原理上，利用車體內部的陀螺儀和加速度傳感器，來檢測車體姿態的變化，並利用伺服控制系統，精確地驅動電機進行相應的調整，以保持系統的平衡。

現有的人機互動體感車一般分為有操作杆和無操作杆這兩類，其中帶操作杆的人機互動體感車，其人機互動體感車的前進、後退及轉向均由操作杆來進行具體操作控制。而不帶操作杆的人機互動體感車，其人機互動體感車的前進、後退是由整個人機互動體感車的傾斜來控制，轉向則由使用者腳踏在腳踏平臺上，並通過兩個腳踏平臺之間相對旋轉角度差來進行控制實現。其中，不帶操作杆的兩輪人機互動體感車主要為專利CN201410262108.8所揭示的兩輪自平衡人機互動體感車為代表，該平衡車中的內蓋包括內蓋包括對稱設置的左內蓋與右內蓋，且左內蓋相對右內蓋轉動連接。

然，所述平衡車用以起支撐骨架作用的內蓋需包括左內蓋與右內蓋，結構相對複雜。

技術實現要素：

本實用新型是為了克服現有技術而提出的一種結構簡單的人機互動體感車。

為了實現上述目的，本實用新型提供一種人機互動體感車，其包括車體及設於車體上且用以在徑向方向上繞車體轉動的兩個車輪；所述車體進一步包括一支撐骨架、設置在該支撐骨架上的兩個腳踏裝置、用以感測所述兩個腳踏裝置相對所述支撐骨架的傾斜度信息的第一位置傳感器及用以根據所述傾斜度信息，驅動所述車輪移動或轉動的控制裝置，所述支撐骨架為一整體結構且與車輪轉動連接，所述腳踏裝置與所述支撐骨架轉動連接，所述支撐骨架內設有用以收容所述控制裝置的收容區域。

作為本實用新型的進一步改進，所述支撐骨架遠離地面的一側設置有兩個對稱的腳踏區域，所述兩個腳踏裝置分別設置在該兩個腳踏區域，所述收容區域位於所述兩個腳踏區域之間。

作為本實用新型的進一步改進，所述控制裝置設於主電路板上。

作為本實用新型的進一步改進，所述支撐骨架為一剛性板狀結構。

作為本實用新型的進一步改進，所述腳踏區域及收容區域為所述支撐骨架向內凹陷的容置槽，所述腳踏裝置相對的兩端沿車輪軸向方向向外延伸有一用以與車體鉸接連接的凸柱。

作為本實用新型的進一步改進，所述車體進一步包括多個彈性裝置，設置在所述腳踏裝置與容置槽的底部之間。

作為本實用新型的進一步改進，所述腳踏區域上設置有用以通過感測腳踏裝置上是否有使用者以控制車輪啟停的感應開關。

作為本實用新型的進一步改進，所述感應開關設於腳踏裝置上方、下方、內部或開設的槽部內。

作為本實用新型的進一步改進，所述感應開關包括用以感測所述腳踏裝置是否被擠壓的壓感傳感器和/或光電傳感器。

作為本實用新型的進一步改進，所述人機互動體感車進一步包括驅動裝置、用以對所述驅動裝置、第一位置傳感器及控制裝置供電的電源以及用以控制所述電源、驅動裝置及第一位置傳感器並根據第一位置傳感器所感測到的傾斜度信息向驅動裝置發出驅動信號從而驅動車輪轉動的所述控制裝置。

作為本實用新型的進一步改進，所述驅動裝置設置於支撐骨架內或車輪內。

作為本實用新型的進一步改進，所述電源設於所述收容區域內，所述收容區域內設有用以將電源和控制裝置分隔的隔板。

作為本實用新型的進一步改進，所述第一位置傳感器包括陀螺儀、光電傳感器及壓感傳感器。

作為本實用新型的進一步改進，所述人機互動體感車進一步包括一用以感測支撐骨架相對車輪的傾斜信息的第二位置傳感器。

作為本實用新型的進一步改進，第一位置傳感器設置於一子電路板上，所述子電路板固持於所述腳踏裝置上隨腳踏裝置運動。

作為本實用新型的進一步改進，所述腳踏裝置套設在所述支撐骨架上。

作為本實用新型的進一步改進，所述兩個車輪設置在支撐骨架相對的兩側，且與所述支撐骨架轉動連接。

本實用新型還可採用如下技術方案：一種人機互動體感車，其包括車體及設於車體上的兩個車輪；所述車體進一步包括一支撐骨架、兩個腳踏裝置對應設置在該支撐骨架上、用以感測所述兩個腳踏裝置上的使用者的位置信息的第一位置傳感器及用以根據所述位置信息驅動所述車輪轉動或移動的控制裝置，所述支撐骨架為一整體結構且其與車輪轉動連接，所述支撐骨架內設有用以收容所述控制裝置的收容區域。

作為本實用新型的進一步改進，所述車體進一步包括至少兩個柔性支撐體設置在所述腳踏裝置與支撐骨架之間，所述用以通過感測所述柔性支撐體的形變獲得腳踏裝置上的使用者的位置信息的第一位置傳感器與所述控制裝置相連接。

作為本實用新型的進一步改進，所述用以基於柔性支撐體的平衡位置，感應柔性支撐體的形變量的第一位置傳感器與所述控制裝置相連接。

作為本實用新型的進一步改進，所述腳踏裝置與所述支撐骨架沿車輪的徑向轉動連接，所述用以感測該腳踏裝置沿平行於車輪軸向平面方向的轉動信息的第一位置傳感器與所述控制裝置相連接。

作為本實用新型的進一步改進，所述車體進一步包括一用以感測支撐骨架相對地面的傾斜信息的第二位置傳感器以及用以根據第二位置傳感器感測到的傾斜信息驅動人機互動體感車前進或後退並用以根據第一位置傳感器感測到的轉動信息驅動人機互動體感車轉彎的所述控制裝置。

由於上述技術方案的運用，本實用新型具備以下優點：

本實用新型的人機互動體感車，在兩個車輪僅包括一個起支撐作用的支撐骨架，而腳踏裝置獨立設置在支撐骨架上，而不需要兩個相互轉動連接的機構用來分別設置腳踏裝置，結構較為簡單。

附圖說明

圖1為本實用新型人機互動體感車實施例一的示意圖。

圖2為本實用新型人機互動體感車實施例一的具體實施方式立體組合圖。

圖3為圖2的結構分解圖。

圖4為圖2的部分立體分解圖。

圖5為圖4中進一步的部分立體分解圖。

圖6為圖2中腳踏裝置與彈性裝置等的立體組合圖。

圖7為本實用新型人機互動體感車實施例二的示意圖。

圖8為本實用新型人機互動體感車實施例三的示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用以限定本實用新型。

請參閱圖1至圖5所示，為本實用新型具體實施例一所提供的人機互動體感車100，包括車體10及設於車體10上的兩個車輪20。

優選地，所述兩個車輪20相互平行且其車軸基本處於同一直線上。所述兩個車輪20安裝在車體10相對的兩側，既可安裝在車體10相對的兩端，也可安裝在車體10的下側。在本實施例中，所述車輪20轉動安裝在車體10相對的兩端，且所述車輪20在徑向方向上可繞車體10進行轉動，以實現該人機互動體感車100的運動。

所述車體10包括一支撐骨架11、設置在該支撐骨架11上的兩個腳踏裝置 12、第一位置傳感器13及控制裝置15。其中，所述支撐骨架11為一整體結構且與車輪20轉動連接，所謂整體結構，即安裝所述兩個腳踏裝置12的支撐骨架11，內部不可相互轉動，從而有別於傳統的內蓋中左內蓋與右內蓋可相互轉動，可以理解，所述支撐骨架11可通過一體成型、焊接、鉚接等固接方式形成。所述支撐骨架11的形狀不限，可為剛性板狀結構，也可為剛性軸等結構。在本實施例中，所述支撐骨架11為板狀結構。進一步地，所述支撐骨架11遠離地面的一側設置有兩個對稱的腳踏區域111，且所述的兩個腳踏裝置12分別設置在該兩個腳踏區域111內，並在每個腳踏區域111內分別設置至少一個第一位置傳感器13。進一步地，所述腳踏區域111為所述支撐骨架11向內凹陷的容置槽1110，所述腳踏裝置12相對的兩端沿車輪20軸向方向向外延伸有一凸柱121，並通過該凸柱121與車體10進行鉸接連接，進而實現該兩個腳踏裝置12與支撐骨架11之間的轉動連接。可以理解，所述腳踏區域111為平面而不是凹槽時，所述腳踏裝置12則設置在所述支撐骨架11上。

所述腳踏裝置12相互獨立設置在所述支撐骨架11上，所謂獨立設置，即所述腳踏裝置12的設置及運動不相互影響。所述腳踏裝置12可通過轉動連接的方式與支撐骨架11連接。所述轉動連接，既包括沿車輪20軸向方向的轉動連接，也可包括沿車輪20徑向方向的連接。在本實施例中，所述腳踏裝置12 與支撐骨架11之間沿車輪20軸向方向連接，當使用者站立在腳踏裝置12上，所述腳踏裝置12相對於支撐骨架11轉動，從而具有一定的傾斜角度。所述腳踏裝置12的形狀不限，在本實施例中，所述腳踏裝置12為一板狀結構。具體的，所述腳踏裝置12包括板狀踏板127、安裝於或一體成型於所述踏板127下方的固持部122、以及安裝於或一體成型於所述固持部122上的安裝軸120，所述安裝軸120沿車輪20軸向方向向兩側凸伸出所述踏板127形成上述凸柱121。如此設置，所述整根的安裝軸120使所述腳踏裝置12具有更好的結構強度。可以理解，在其他實施方式中，所述凸柱121可自所述固持部122和/或踏板127 向兩側延伸而成，或者分離組裝於所述固持部122和/或踏板127上。

所述第一位置傳感器13用以感測所述兩個腳踏裝置12相對所述支撐骨架 11的轉動信息或傾斜度信息，所述控制裝置15可根據第一位置傳感器13所檢測到的腳踏裝置12的傾斜度信息，來對應地驅動車輪20進行移動。可以理解，僅用該第一位置傳感器13即可控制車輪20運動而不僅僅是轉動。感應兩個腳踏裝置12的傾角或位差，相同或相近的話，前進或後退，如果偏差大，左側傾角或位差大，即左轉彎。所述第一位置傳感器13的傳感方式不限，具體的，所述第一位置傳感器13可包括陀螺儀、光電傳感器及壓感傳感器。當第一位置傳感器13為壓力傳感器時，所述腳踏裝置12與支撐骨架11之間可為轉動連接或固定連接。所述第一位置傳感器13的個數及設置位置不限，可設置多個也可以設置單個，在本實施例中，僅設置有一個第一位置傳感器13。可以理解，也可在感應開關14的位置設置或加裝第一位置傳感器。可以理解，所述車體10上還可設置有第二位置傳感器，用以感測支撐骨架11相對車輪20的傾斜信息，亦即實現對支撐骨架11相對地面的傾斜信息進行感測。這樣，本實施例的人機互動體感車100在使用時，所述驅動裝置根據第二位置傳感器所感測到的傾斜信息來驅動人機互動體感車100的前進或者後退，亦即，本實施例的人機互動體感車100的前進或者後退是通過該車體10整體的傾斜度來實現的，具體是通過驅動裝置對應控制的車輪20所轉動的角速度一樣來實現的。所述驅動裝置根據第一位置傳感器13所感測到的傾斜信息來驅動人機互動體感車100的轉彎，亦即，本實施例的人機互動體感車100的轉彎是通過該腳踏裝置12的傾斜度來實現的，具體是通過驅動裝置對應控制的車輪20所轉動的角度不一樣來實現的。在本實施中，所述第一位置傳感器13和/或第二位置傳感器設置於子電路板124 上，所述子電路板124固持於所述腳踏裝置12下方，如此設置，所述子電路板 124上的所述第一位置傳感器13等可隨踏板127進行轉動從而感知踏板127的相對運動。具體的，所述踏板127向下延伸有若干用以固持所述子電路板124 的安裝柱125。可以理解，在其他實施方式中，所述第一位置傳感器13等可通過其他方式連接於所述踏板127上隨踏板127進行運動。

作為本實施例的優選方案，本實施例的人機互動體感車100中車體10在腳踏區域111內還設置有感應開關14，並用該感應開關14來感測腳踏裝置12是否對其進行擠壓，以控制車輪20的啟停。具體地，當兩個腳踏裝置12對感應開關14擠壓均衡時，才會使得該人機互動體感車100啟動。這樣可預防使用者在站立到腳踏裝置12的過程中，該人機互動體感車100的車輪20就發生轉動而對使用者造成摔傷。具體的，在本實施例中，所述感應開關14設置於所述踏板127上方，在其他實施方中，所述感應開關14也可設於所述踏板127下方，所述感應開關14感受到踏板127整體下降情況來控制啟停；或者所述踏板127 上也可以開設槽部(未圖示)，所述感應開關14收容於所述槽部內。

當然了，本實施例的車體10還包括多個彈性裝置17，且所述彈性裝置17 設置在所述腳踏裝置12與容置槽1110的底部之間，以對腳踏裝置12相對於第一位置傳感器13及感應開關14的擠壓進行緩衝，且用以使腳踏裝置12回位。在本實施方式中，所述彈性裝置17為彈簧，所述彈簧固持於位於容置槽1110 內的定位凸部112上而實現定位和固持。可以理解，所述彈簧也可以與踏板127 相固持。在其他實施方式中，所述彈性裝置17也可以為扭簧(未圖示)。

在其他實施例中，所述彈性裝置17還可以為壓感結構，具體的，所述彈簧或其他彈性部件與踏板127內或之間設置有壓力傳感器。如此，當腳踏裝置發生轉動時，所述壓力傳感器能夠感測踏板127上的壓力信息/重力信息/位置信息，所述控制裝置15根據所述壓力信息/重力信息/位置信息控制車體10的移動或轉動，此時，所述腳踏裝置12與支撐骨架11之間為轉動連接。

在其他實施例中，所述彈性裝置17還可以為具有彈性的柔性支撐體(未圖示)，且所述第一位置傳感器13也可設置於所述柔性支撐體內，所述第一位置傳感器13基於柔性支撐體的平衡位置，感應柔性支撐體的形變量，從而感應柔性支撐體的形變，從而簡化結構，便於製造組裝。

在其他實施例中，所述腳踏裝置12可以為電容/電感裝置(未圖示)，即所述腳踏裝置12無需機械性轉動，可縮小車體體積。當使用者踩至腳踏裝置12 上後，所述電容電感裝置通過感知受到擠壓而控制車輪20的啟停，通過感知不同方位之間的受力不同來控制車輪20的具體運動，包括車輪20的前進、後退、轉彎和/或加減速等。可以理解，所述腳踏裝置12也可以是機械性運動和電容電感裝置相結合。在本實施方式中，設有兩個電容/電感腳踏裝置12，在其他實施方式中也可以僅包括一個電容/電感裝置由單腳控制或雙腳同時控制，或多個分散的電容/電感裝置。

可以理解，所述車體10進一步包括電源16、驅動裝置(未圖示)，所述電源16用以對所述驅動裝置、第一位置傳感器13及控制裝置15供電，所述控制裝置用以控制所述電源16、驅動裝置及第一位置傳感器13，並根據第一位置傳感器13所感測到的傾斜度信息向驅動裝置發出驅動信號，從而驅動車輪20轉動或移動。優選地，所述車體10內可具體包括兩個驅動裝置，且所述的兩個驅動裝置分別設置在兩個車輪20內，以對相應的車輪20進行控制。在其他實施方式中，所述驅動裝置也可設置於支撐骨架11內，如此設置，可使車輪20更小型化。

在本實施方式中，所述支撐骨架11大致呈舟狀，包括所述腳踏區域111的兩個容置槽1110以及位於所述兩容置槽1110之間的用以收容電源16及控制裝置15的收容區域116，在本實施例中，所述控制裝置15為一主電路板。所述控制裝置15與電源16之間設有一隔板115進行阻隔，從而實現各自定位，避免相互影響。

所述收容區域116上方覆蓋有用以保護所述電源16及控制裝置15的上蓋 117。

所述收容區域116與容置槽1110之間設有一用以支撐腳踏裝置12凸柱121 的支撐件113，所述支撐件113可與所述支撐骨架11分體製造後組裝在一起或與所述支撐骨架11一體成型。所述支撐骨架11及所述支撐件113上設有內陷的用以收容樞接所述凸柱121的樞接凹部1130，所述樞接凹部1130上方設有一用以限位所述凸柱121的固持件114，所述固持件114可與支撐骨架11分體組裝或一體成型。

所述車體10還包括包覆於支撐骨架11外側的殼體，所述殼體為垂直於車輪徑向方向抽拉式，具體的在圖示中，所述殼體為沿人機互動體感車100前後運動方向的抽拉式，包括自前向後抽拉套接於支撐骨架11上的第一殼體101以及自後向前抽拉套接於支撐骨架11上的第二殼體102，所述殼體包括面向車輪 20所在位置的端壁104、連接兩端壁104的側壁103、位於頂面的頂壁106以及相對於頂壁106的底壁105，所述頂壁106設有位於腳踏區域111上方用以避讓腳踏裝置12的空槽107。在本實施方式中，所述第一殼體101與第二殼體102 前後形狀對稱設置，在其他實施方式中，所述第一殼體101與第二殼體102也可為非對稱結構設置；或者所述第一殼體101與第二殼體102呈上下方向的抽拉方式安裝、或沿車輪20徑向的其他角度抽拉式或沿車輪20軸向的抽拉方式安裝。

所述腳踏裝置12上方還設有的腳踏蓋體126，所述腳踏蓋體126固持於所述腳踏裝置12上，所述腳踏蓋體126上設有供使用者踩踏的防滑腳踏墊123。在其他實施方式中，所述腳踏蓋體126也可以固持於所述支撐骨架11或殼體上，所述腳踏蓋體126上中部鏤空或呈柔性狀，當使用者踩至腳踏墊123後能夠使腳踏裝置12產生相應的上下或傾斜等運動。

所述車輪20上方覆蓋有車輪蓋21，所述車輪蓋21側向延伸有固定部22，所述固定部22安裝固定於所述支撐骨架11或殼體上，在其他實施方中，所述車輪蓋21也可以一體成型於支撐骨架11或殼體上。

請參閱圖7，本實用新型實施例二的人機互動體感車200，其第一位置傳感器(圖未示)可通過對腳踏裝置212的轉動角度的檢測來實現該腳踏裝置212 相對與支撐骨架211的傾斜度檢測。

其中，所述支撐骨架211為以剛性軸，而腳踏裝置212具體是套設在該剛性軸上，並實現腳踏裝置212與支撐骨架211的轉動連接。這樣，相應地，用以對腳踏裝置212相對於剛性軸的傾斜度檢測的第一位置傳感器則設置在所述腳踏裝置212與剛性軸之間。當所述第一位置傳感器為壓力傳感器時，所述壓力傳感器可以用以感測腳踏裝置上的壓力信息/重力信息/位置信息，從另一角度來看，所述壓力傳感器可以用以感測腳踏裝置相對剛性軸之間的微小的轉動角度或傾斜角度。雖然其轉動角度或傾斜角度可能非常小，肉眼難見，僅僅是形變，肉眼難見，但依然可以表述為轉動連接。

本實用新型還可提供另外一種實施例的人機互動體感車，其車體至少包括兩個設置在所述腳踏裝置與支撐骨架之間的柔性支撐體。所述第一位置傳感器通過感測所述柔性支撐體的形變獲得腳踏裝置上的使用者的位置信息。具體地，所述第一位置傳感器基於柔性支撐體的平衡位置，感應柔性支撐體的形變量，從而感應柔性支撐體的形變，進而獲知腳踏裝置的傾斜度。

作為本實施例的優選方案，所述腳踏裝置與所述支撐骨架沿車輪的徑向轉動連接，所述第一位置傳感器感測該腳踏裝置沿平行於車輪軸向平面方向的轉動信息。

請參圖8所示，本實用新型還提供另一種實施例的人機互動體感車300，包括車體30及設於車體30上的兩個車輪304，所述車輪304在徑向方向上可繞車體30轉動；所述車體30進一步包括一支撐骨架31以及設置在該支撐骨架31 上的兩個腳踏裝置32，所述支撐骨架31為一整體結構且與車輪304轉動連接，所述腳踏裝置32上設有用以感測所述兩個腳踏裝置32上的壓力信息/重力信息/ 位置信息的壓力傳感器，所述人機互動體感車300還包括用以根據所述壓力信息/重力信息/位置信息驅動所述車輪304移動或轉動的控制裝置。所述控制裝置設於所述車體內。在本實施例不同具體實施方式中，所述腳踏裝置32與支撐骨架31之間可以為固定連接，也可為轉動連接。所述轉動連接，可以包括前述腳踏裝置32繞支撐骨架31的中心軸轉動，此時所述轉動信息可理解為傾斜度信息。而不限於此，所述轉動角度可根據實際情況而設置，在前述利用繞軸轉動以及彈性體形變等實施例中，其傾斜角度或轉動角度就較大；而當採用壓力傳感器時，除了前述設置壓感裝置的轉動連接的實施例外，在將腳踏區域設置為平面的實施例中，雖然但其轉動角度可能非常小，肉眼難見，僅僅是形變；如果是貼附在支撐骨架31上的壓力傳感器，通過壓力分布來感測，其轉動角度或傾斜角度就可以非常小，肉眼難見，但依然可以表述為轉動連接。另外，在其他實施例中，當腳踏區域為平面時，也可為固定連接。

具體的，當所述兩個腳踏裝置32上使用者的位置信息/重力信息/壓力信息不對等時，實現車體30轉向。

例如，在一具體實施方式中，所述控制裝置用以根據兩個腳踏裝置32上壓力信息驅動所述車輪304移動或轉動。即通過左右兩腳踏裝置32的壓力信息來實現轉彎，如果兩個腳踏裝置32上使用者的壓力信息不對等，則其中一側車輪 304轉動速度更大，使得車體30向一側轉彎。此時，可以理解，所述左右兩腳踏裝置32之間存在微小的向右下方傾斜的傾斜度。此外，可以理解，所述重力信息為傾斜度信息，壓力傳感器通過重力分布來感測，其轉動角度或傾斜角度就可以非常小，肉眼難見，但依然可以理解為具有微小的傾斜度。

所述壓力傳感器還可用以感測腳踏裝置32上是否有使用者，以控制車輪304 的啟停。即在本實施方式中，無需額外設置用以感測是否有使用者的感應開關，簡化結構。

所述腳踏裝置32包括踏板以及位於踏板上方的防滑腳墊，所述壓力傳感器設置於所述踏板下方。具體的，所述壓力傳感器可以通過連接於控制裝置的導線(未圖示)將踏板上使用者的壓力信息傳輸到控制裝置。

當車體30整體向前或向後傾斜時，實現車體30前進或後退。

具體的，所述人機互動體感車300進一步包括第二位置傳感器，用以感測支撐骨架31相對車輪304的傾斜信息。具體的，所述第二位置傳感器可以包括陀螺儀、加速度傳感器和/或光電傳感器等。所述陀螺儀用以固定在支撐骨架31 內的電路板(未圖示)上，所述電路板可以是整體的一塊，也可以分別有兩塊，陀螺儀用以實現平衡，當人及支撐骨架31整體往前傾的時候，陀螺儀來感測到傾斜，就會發出信號給控制裝置，所述控制裝置控制驅動車輪304向前運動，使得整體具有向後傾斜的力，起到平衡的作用。

綜上所述，本實用新型的人機互動體感車，在兩個車輪僅包括一個起支撐作用的支撐骨架，而腳踏裝置獨立設置在支撐骨架上，而不需要兩個相互轉動連接的機構用來分別設置腳踏裝置，對比市面上現有平衡車或扭扭車，結構簡單，車體為一體式，可擴展性強，減化方向杆或車身分開轉動結構，車身更堅固。

雖然本實用新型已由較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型，任何熟知此技藝者，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，可作些許的更動與潤飾，因此本實用新型的保護範圍當視權利要求書所要求保護的範圍為準。